Programmiersprache Pascal

Datenaustausch mit Unterprogrammen

Für den Datenaustausch mit Unterprogrammen gibt es folgende prinzipielle Möglichkeiten:

Parameterliste
gemeinschaftliche Daten
globale Daten
Dateien

Der Datenaustausch über Dateien bietet die größte Flexibilität, ist jedoch mit gegebenfalls erheblich höherer Laufzeit und dem Problem verbunden, daß sich gegebenenfalls 'Dritte' relativ einfach Zugang zu den Daten verschaffen können.

Die Arbeit mit globalen und gemeinschaftlichen Daten ist für den Programmierer die - scheinbar - unaufwendigste Form für den Datenaustausch innerhalb eines Programms:

Sie verringert den (Erst-)Codieraufwand für den Programmierer.
Sie verringert die Kontrollmöglichkeiten gegenüber fehlerhaften bzw. illegalen Zugriffen und erschwert den Überblick über den wirklich ablaufenden Datenaustausch.

Programmeinheiten, die diese Formen des Datenaustausches nutzen, sind nicht bzw. nur eingeschränkt nachnutzbar.

Gemeinschaftliche Daten sind in speziellen Bereichen (COMMON-Blöcken) angeordnet, auf die jede Programmeinheit bei Bedarf Bezug nehmen kann. Im Gegensatz zu Dateien werden diese Daten permanent im Hauptspeicher gehalten.
COMMON-Blöcke sind in Pascal nicht üblich.

Globale Daten werden automatisch an alle Unterprogramme weitergegeben, die der Deklaration dieser Daten folgen und die im gleichen Programmblock angesiedelt sind.
Die Arbeit mit globalen Daten wird durch Pascal unterstützt.

Parameter werden an ein Unterprogramm über eine definierte Schnittstelle - die Parameterliste - übergeben.
Diese Schnittstelle legt fest, welche Daten (Anzahl, Datentyp) in welcher Richtung (lesen oder schreiben) ausgetauscht werden.
Die Organisation der Datenübergabe und Art und Umfang der dabei wirksamen Kontrolle sind in den einzelnen Programmiersprach(version)en unterschiedlich ausgebaut.
Pascal stellt eine gute Kontrolle bereit.

Der Datenaustausch mit Parametern ist aufwendiger zu programmieren, bietet aber folgende Vorteile:

Es existiert eine eindeutig lokalisierte Schnittstelle, welche die Möglichkeiten zum Datenaustausch beschreibt. Dies reduziert die Fehlerquellen bei der Entwicklung und vor allem bei der Wartung von Programmen.
Die Programmeinheiten werden nachnutzbar.

Die Arbeit mit Parameterlisten ist die sicherste Form des Datenaustausches. Sie kann entweder ausschließlich oder in Kombination mit anderen Techniken genutzt werden.

Die an das Unterprogramm bei einem Aufruf zu übergebenden Daten werden als aktuelle Parameter bezeichnet.
Als aktuelle Parameter können

Konstanten (Literale oder symbolische Konstanten),
Variablen und
Ausdrücke

angegeben werden.
Bei bestimmten Techniken der Parameterübergabe sind Variablen vorgeschrieben.
Ausdrücke werden vor der Übergabe ausgewertet.

Die in der Deklaration eines Unterprogramms notierten Parameter werden in Unterscheidung von den aktuellen Parametern auch als formale Parameter bezeichnet.

Es gibt verschiedene Techniken der Parameterübergabe an ein Unterprogramm. Dabei werden vor allem zwei Techniken eingesetzt:

Referenzparameter (call by reference):

Das Unterprogramm erhält die Adresse des aktuellen Parameters.
Entweder darf es in dem Speicherbereich, den der aktuelle Parameter belegt

nur lesen oder
lesen und schreiben, d.h. seinen Inhalt verändern.

Bei der zweiten Variante muß der aktuelle Parameter stets eine Variable sein.
Das Unterprogramm arbeitet im Speicherbereich der aufrufenden Programmeinheit.

Wertparameter (call by copy):

Das Unterprogramm arbeitet mit einer Kopie, es arbeitet nicht im Speicherbereich der aufrufenden Programmeinheit.
Es gibt folgende Varianten:

call by value
Wertparameter als Eingangsgröße
Das Unterprogramm erhält einen Wert, den es als Kopie in einem eigenen Speicherbereich verwaltet. Dieser Speicherbereich darf - eventuell - modifiziert werden. Bei Verlassen des Unterprogramms wird der aktuelle Inhalt dieses Speicherbereiches nicht an die aufrufende Programmeinheit zurückvermittelt.
call by value-result
Wertparameter als Ein- und Ausgangsgröße
Das Unterprogramm erhält einen Wert, den es als Kopie in einem eigenen Speicherbereich verwaltet. Dieser Speicherbereich darf modifiziert werden. Bei Verlassen des Unterprogramms wird der aktuelle Inhalt dieses Speicherbereiches an die aufrufende Programmeinheit zurückvermittelt.
call by result
Wertparameter als Ausgangsgröße
Das Unterprogramm erhält keinen Wert. Es legt für den Parameter einen eigenen Speicherbereich an, der bei Aufruf des Unterprogramms keinen (definierten) Wert erhält. Bei Verlassen des Unterprogramms wird der aktuelle Inhalt dieses Speicherbereiches an die aufrufende Programmeinheit übergeben.

Pascal sieht folgende Formen der Parameterübergabe vor:

variable parameter
Der Parameter kann als Ein- und Ausgangsgröße verwendet werden.
Deklaration:
```
   VAR parameter : typ
   
```
value parameter
Der Parameter kann nur als Eingangsgröße verwendet werden.
Deklaration:
```
   parameter : typ
   
```

Delphi und XL Pascal (VM-Modus) gestatten eine dritte Form der Parameterübergabe:

constant parameter
Der Parameter kann nur als Eingangsgröße verwendet werden.
Für das Unterprogramm gilt der Parameter als Konstante, der aktuelle Parameter muß jedoch keine Konstante sein.
Deklaration:
```
   CONST parameter : typ
   
```

Mit welchen der oben beschriebenen Techniken der Parameterübergabe diese Formen realisiert werden, kann von Pascal-System zu Pascal-System variieren.
Es sollte in der Regel so programmiert werden, daß keine Abhängigkeiten von der verwendeten Technik entstehen.
Beispiel:
Als Eingangsgrößen deklarierte Parameter sollten im Unterprogramm nie einen neuen Wert erhalten.

Die Technik der Parameterübergabe kann jedoch Einfluß auf das Laufzeitverhalten und den Speicherbedarf des Programms haben. Ferner besteht ein gewisser Einfluß auf die mögliche Höhe von Schäden durch fehlerhaften Programmcode.
Folgende Faktoren spielen dabei unter anderem eine Rolle:

Wertparameter arbeiten mit Kopien, d.h. es wird zusätzlicher Speicherbedarf entstehen. Je nach Datentyp der Parameter kann dieser Bedarf marginal oder signifikant sein.
Bei modernen Programmiersystemen wird der benötigte Speicherplatz so schnell wie möglich wieder freigegeben.
Referenzparameter sprechen den Orginal-Speicherbereich an. Dies kann die Breite des Adressraumes beeinflussen, der zur Bearbeitung einer Aufgabe gleichzeitig angesprochen wird. Bei Betriebssystemen mit virtueller Speicherverwaltung kann dies Einfluß auf die Häufigkeit des Ein- und Auslagerns von Speichersegmenten haben und damit die Laufzeit erhöhen.
Referenzparameter sprechen den Orginal-Speicherbereich an. Fehler im Programmcode können so größere Auswirkungen haben. Solche möglichen Auswirkungen lassen sich durch zusätzliche Maßnahmen reduzieren, die jedoch die Laufzeit verlängern.

Gestaltungsregeln

Für den Aufbau von Unterprogrammen gibt es einige Gestaltungsregeln:

Ein Unterprogramm sollte (genau) eine inhaltlich abgeschlossene Aufgabe lösen.
Ein Unterprogramm sollte überschaubar, d.h. die zu lösende Aufgabe nicht zu komplex sein.
Andererseits sollte die Anzahl der verwendeten Unterprogramme nicht unnötig groß sein, da dann inhaltliche Zusammenhänge schwerer erkennbar werden und der Verwaltungsaufwand steigt.
Ein Unterprogramm sollte genau einen Eintrittspunkt und genau einen Austrittspunkt besitzen.
Im Zusammenhang mit Programmausnahmen ist die Forderung hinsichtlich des Austrittspunktes so zu sehen, daß die Behandlung der Programmausnahmen konzentriert wird.
Die zwischen Eintritts- und Austrittspunkt liegenden Ablaufstrukturen sollten linear durchlaufen werden, ohne das explizite Rücksprünge erfolgen.
Der Datenaustausch der Einheit mit seiner Umgebung sollte über (genau) eine eindeutig beschriebene Schnittstelle laufen.
Der Umfang der auszutauschenden Daten ist so gering wie möglich zu halten.

P. Böhme, 24.08.1995