# 第四章 ## 用戶自定義數據類型 Pascal 語言的一個重要特征是它能自定義數據類型。通過各種類型構造器，你可以定義自己的數據類型，如子界類型、數組類型、記錄類型、枚舉類型、指針類型和集合類型。最重要的用戶定義數據類型是類（class），類是Object Pascal的面向對象擴展部分，本書不討論這部分。 你可能會認為其它編程語言也有諸如此類的類型構造器，確實如此，但是Pascal 是第一個完美實現這一理論的語言。至今仍然沒有語言有能力定義那么多的數據類型。 ### 命名及不命名的類型 為了后續使用或直接用于變量，需要給自定義類型命名。如果自定義一個命名的類型，你必須將代碼放在特定的type區，如下所示： ~~~ type // subrange definition Uppercase = 'A'..'Z'; // array definition Temperatures = array [1..24] of Integer; // record definition Date = record Month: Byte; Day: Byte; Year: Integer; end; // enumerated type definition Colors = (Red, Yellow, Green, Cyan, Blue, Violet); // set definition Letters = set of Char; ~~~ 你也可使用類型定義構造器直接定義一個變量，此時無需顯式命名，如下面的代碼： ~~~ var DecemberTemperature: array [1..31] of Byte; ColorCode: array [Red..Violet] of Word; Palette: set of Colors; ~~~ 注意：一般來說，你應該避免使用上述不命名類型，因為你不能把它們作為參數傳給例程，也不能用于聲名同一類型的其他變量。實際上，Pascal的類型兼容規則是基于類型名的，而不是基于實際的類型定義。兩個類型相同的變量仍有可能是不兼容的，除非他們的類型有完全相同的名字。對于不命名類型，需要編譯器給它分配一個內部名字，因此對于數據結構復雜的變量，要習慣于定義命名數據類型，你一定不會為此白費工夫的。 但是上述自定義類型有什么意義呢？如果你不太熟悉Pascal類型構造器，通過下面內容你會了解它，此外下面還談到了同類構造器在不同語言中的差異，因此如果你已熟知上面例舉的類型定義，不妨往下讀，你會對其中內容感興趣的。最后，我將演示一些Delphi例子，并介紹一些能動態訪問類型信息的工具。 ### 子界類型 子界類型定義了某種類型的取值范圍（因此定名subrange）。你可定義整數類型的子界類型，如取值從1到10或從100到1000，或者定義字符類型的子界類型，如下所示： ~~~ type Ten = 1..10; OverHundred = 100..1000; Uppercase = 'A'..'Z'; ~~~ 定義子界類型時，你不需要指定基類的名字，而只需提供該類型的兩個常數。所用基類必須是有序類型，定義結果將是另一種有序類型。 如定義一個子界變量，那么賦給該變量的值必須是子界定義范圍內的值。下面代碼是正確的： ~~~ var UppLetter: UpperCase; begin UppLetter := 'F'; ~~~ 以下代碼則是不正確的: ~~~ var UppLetter: UpperCase; begin UppLetter := 'e'; // compile-time error ~~~ 以上代碼將導致一個編譯錯誤：**“Constant expression violates subrange bounds”。** 如果代之以下面代碼： ~~~ var UppLetter: Uppercase; Letter: Char; begin Letter :='e'; UppLetter := Letter; ~~~ Delphi 編譯會通過，但在運行時，如果你開啟了范圍檢查編譯選項（在工程選項對話框的編譯器頁設置），你將得到 Range check error （范圍檢測錯誤）信息。 注意：建議你在開發程序時開啟上述編譯選項，以使程序更健壯并易于調試。這樣即使遇上錯誤，你也會得到一個明確的信息而不是難以琢磨的行為。最終完成程序時你可以去掉這個選項，使程序運行得快一些，不過影響很小。因此我建議你開啟所有運行時的檢測選項，如溢出檢查和堆棧檢查，甚至提交程序時仍然保留它們。 ### 枚舉類型 枚舉類型又是一種自定義有序類型。在枚舉類型中,你列出所有該類型可能取的值，而不是指定現有類型的范圍。換句話說，枚舉類型是個可取值的序列。見下例： ~~~ type Colors = (Red, Yellow, Green, Cyan, Blue, Violet); Suit = (Club, Diamond, Heart, Spade); ~~~ 序列中每個值都對應一個序號，序號從0開始計數。使用Ord 函數，即可得到一個枚舉類型值的序號。例如，Ord (Diamond) 返回值1。 > 注意：枚舉類型有多種內部表示法。缺省時，Delphi 用8位表示法；如果有多于256個不同的值，則用16位表示法。還有一種32位表示法，需要與C、C++庫兼容時會用到。使用$Z 編譯指令可改變缺省設置，請求更多位的表示法。 Delphi VCL（可視控件庫）在很多地方用了枚舉類型。例如，窗體邊框類型定義如下： ~~~ type TFormBorderStyle = (bsNone, bsSingle, bsSizeable, bsDialog, bsSizeToolWin, bsToolWindow); ~~~ 當屬性值是枚舉類型時，你可以從Object Inspector顯示的下拉列表框中選值，如圖4.1所示。 **圖 4.1 Object Inspector 中的枚舉類型屬性**  Delphi 幫助文件中列出了各種Delphi VCL枚舉類型的可能值。你也可以通過OrdType程序（可從www.marcocantu.com下載）查看Delphi 枚舉類型、集合類型、子界類型及任何其他有序類型的取值列表。圖4.2為這個例子的輸出結果。 **圖 4.2: 程序 OrdType 顯示的枚舉類型詳細信息**  ### 集合類型 集合類型表示一組值，該組值由集合所依據的有序類型定義。定義集合的常用有序類型不多，一般為枚舉類型或子界類型。如果子界類型取值為1..3，那么基于它的集合類型值可以是1、或2、或3、或1和2、或1和3、或2和3、或取所有3個數、或一個數也沒有。 一個變量通常包含該類型對應的一個值，而集合類型可以不包含值、包含一個值、兩個值、三個值，或更多，它甚至可以包含定義范圍內所有的值。下面定義一個集合： ~~~ type Letters = set of Uppercase; ~~~ 現在我可以用上面類型來定義變量，并把原始類型的值賦給變量。為了在集合中表示一組值，需要用逗號將值隔開，最后用方括號結尾。下例顯示了多值、單值和空值的變量賦值： ~~~ var Letters1, Letters2, Letters3: Letters; begin Letters1 := ['A', 'B', 'C']; Letters2 := ['K']; Letters3 := []; ~~~ 在Delphi中，集合一般用于表示有多種選擇的標記。例如下面兩行代碼（摘自Delphi庫）聲明了一個枚舉類型，其中列出了窗口條上可選的圖標，并聲明了相應的集合類型： ~~~ type TBorderIcon = (biSystemMenu, biMinimize, biMaximize, biHelp); TBorderIcons = set of TBorderIcon; ~~~ 實際上，給定的窗口中可以沒有圖標，也可以有一個或多個圖標。用Object Inspector設置時（見圖4.3），雙擊屬性名，或單擊屬性左邊的加號，自行選擇，從而添加或刪除集合中的值。 **圖 4.3: Object Inspector中的集合類型屬性**  另一個基于集合類型的屬性是字體。字體類型值可以是粗體、斜體、帶下畫線、帶刪除線等，一種字型可以既是斜體又是粗體，也可以沒有屬性，或者帶有全部的屬性。因此用集合類型來表示它。你可以象下面代碼那樣，在程序中給集合賦值： ~~~ Font.Style := []; // no style Font.Style := [fsBold]; // bold style only Font.Style := [fsBold, fsItalic]; // two styles ~~~ 你也能對一個集合進行許多不同方式的操作，包括把兩個相同類型的集合變量相加（或更準確地說，計算兩個集合變量的并集）： ~~~ Font.Style := OldStyle + [fsUnderline]; // two sets ~~~ 此外，你可以通過OrdType 查閱Delphi 控件庫中定義的集合類型取值列表。OrdType 放在本書源代碼的TOOLS 目錄中。 ### 數組類型 數組類型定義了一組指定類型的元素序列，在方括號中填入下標值就可訪問數組中的元素。定義數組時，方括號也用來指定可能的下標值。例如，下面的代碼中定義了一個有24個整數的數組： ~~~ type DayTemperatures = array [1..24] of Integer; ~~~ 在數組定義時，你需要在方括號中填入一個子界類型的值，或者用兩個有序類型的常量定義一個新的子界類型，子界類型指定了數組的有效索引。由于子界類型指定了數組下標值的上界和下界，那么下標就不必象C、C++、JAVA和其他語言那樣必須從零開始。 由于數組下標基于子界類型，因此Delphi 能夠對它們進行范圍檢查。不合法的常量子界類型將導致一個編譯時間錯誤；如果選上編譯器范圍檢查選項，那么超出范圍的下標值將導致一個運行時間錯誤。 使用上述數組定義方法，定義一個DayTemperatures 類型的變量如下： ~~~ type DayTemperatures = array [1..24] of Integer; var DayTemp1: DayTemperatures; procedure AssignTemp; begin DayTemp1 [1] := 54; DayTemp1 [2] := 52; ... DayTemp1 [24] := 66; DayTemp1 [25] := 67; // compile-time error ~~~ 數組可以是多維的，如下例： ~~~ type MonthTemps = array [1..24, 1..31] of Integer; YearTemps = array [1..24, 1..31, Jan..Dec] of Integer; ~~~ 這兩個數組建立在相同的核心類型上，因此你可用前面定義的數據類型聲明它們，如下面代碼所示： ~~~ type MonthTemps = array [1..31] of DayTemperatures; YearTemps = array [Jan..Dec] of MonthTemps; ~~~ 上例的聲明把索引的次序前后調換了一下，但仍允許變量之間整塊賦值。例如：把一月份的溫度值賦給二月份： ~~~ var ThisYear: YearTemps; begin ... ThisYear[Feb] := ThisYear[Jan]; ~~~ 你也能定義下標從零開始的數組，不過這似乎不太合邏輯，因為你需要用下標2來訪問數組第三項。然而，Windows一直沿用了從零開始的數組（因為它是基于C語言的），并且Delphi 控件庫也在往這方向靠攏。 使用數組時，你總要用標準函數Low和 High來檢測它的邊界，Low和 High返回下標的下界和上界。強烈建議使用Low和 High操作數組，特別是在循環中，因為這樣能使代碼與數組范圍無關，如果你改變數組下標的范圍聲明，Low和 High代碼不會受影響；否則，如果代碼中有一個數組下標循環體，那么當數組大小改變時你就不得不更新循環體的代碼。Low和 High將使你的代碼更易于維護、更穩定。 > 注意：順便提一下，使用Low和 High不會增加系統運行額外開銷。因為在編譯時，他們已被轉換成常數表達式，而不是實際函數調用。其他簡單的系統函數也是這樣。 Delphi主要以數組屬性的形式使用數組。我們已經在 TimeNow 例子中看到過數組屬性，也就是ListBox控件的Items 屬性。下一章討論Delphi循環時，我將向你介紹更多有關數組屬性的例子。 > 注意：Delphi 4 的Object Pascal中增加了動態數組，所謂動態數組是在運行時動態分配內存改變數組大小。使用動態數組很容易，不過我認為在這里討論這類數組不合適。你將在第八章看到對Delphi 動態數組的描述。 ### 記錄類型 記錄類型用于定義不同類型數據項的固定集合。記錄中每個元素，或者說域，有它自己的類型。記錄類型定義中列出了所有域，每個域對應一個域名，通過域名可以訪問它。 下面簡單列舉了記錄類型的定義、類型變量的聲明以及這類變量的使用： ~~~ type Date = record Year: Integer; Month: Byte; Day: Byte; end; var BirthDay: Date; begin BirthDay.Year := 1997; BirthDay.Month := 2; BirthDay.Day := 14; ~~~ 類和對象可以看作是記錄類型的擴展。Delphi 庫趨向于用類替代記錄類型，不過Windows API中定義了許多記錄類型。 記錄類型中允許包含variant 域，它表示多個域能公用同一內存區，而且域可以是不同類型（這相應于C語言中的聯合union）。換句話說，你可以通過variant 域或說是一組域訪問記錄中同一個內存位置，但是各個值仍需區別對待。variant類型主要用來存貯相似但又不同的數據，進行與類型映射(typecasting)相似的類型轉換（自從typecasting 引入Pascal，已很少用到這種方法了）。雖然Delphi在一些特殊情況下還在用variant 記錄類型，但是現在已經被面向對象技術或其他現代技術代替了。 variant 記錄類型的應用不符合類型安全原則，因此不提倡在編程中使用，初學者更是如此。實際上，專家級的編程人員確實需要用到variant 記錄類型，Delphi 庫的核心部分就用到了這一類型。不管怎樣，除非你是個Delphi 專家，否則你應避免使用variant記錄類型。 ### 指針 指針是存放指定類型（或未定義類型）變量內存地址的變量，因此指針間接引用一個值。定義指針不需用特定的關鍵字，而用一個特殊字符，這個特殊字符是脫字符號(^)，見下例： ~~~ type PointerToInt = ^Integer; ~~~ 一旦你定義了指針變量，你就可以用@ 符號把另一個相同類型變量的地址賦給它。見下例： ~~~ var P: ^Integer; X: Integer; begin P := @X; // change the value in two different ways X := 10; P^ := 20; ~~~ 如果定義了一個指針P，那么P表示指針所指向的內存地址，而P^表示內存所存儲的實際內容。因此，在上面的代碼中， P^ 與X相等。 除了表示已分配內存的地址外，指針還能通過New 例程在堆中動態分配內存，不過當你不需要這個指針時，你也必須調用Dispose 例程釋放你動態分配的內存。 ~~~ var P: ^Integer; begin // initialization New (P); // operations P^ := 20; ShowMessage (IntToStr (P^)); // termination Dispose (P); end; ~~~ 如果指針沒有值，你可以把nil 賦給它。這樣，你可以通過檢查指針是否為nil 判斷指針當前是否引用一個值。這經常會用到，因為訪問一個空指針的值會引起一個訪問沖突錯誤，也就是大家知道的“一般保護錯”（GPF）。見下例： ~~~ procedure TFormGPF.BtnGpfClick(Sender: TObject); var P: ^Integer; begin P := nil; ShowMessage (IntToStr (P^)); end; ~~~ 通過運行例GPF，或者看圖4.4，你可以看到上述這種結果。 **圖 4.4: 訪問nil指針引起的系統錯誤**  將上面程序加以修改，訪問數據就安全了。現在將一個已存在的局部變量賦給指針，指針使用就安全了，雖然如此，我還是加上了一個安全檢查語句： ~~~ procedure TFormGPF.BtnSafeClick(Sender: TObject); var P: ^Integer; X: Integer; begin P := @X; X := 100; if P <> nil then ShowMessage (IntToStr (P^)); end; ~~~ Delphi 還定義了一個Pointer 數據類型，它表示無類型的指針（就象C語言中的void* ）。如果你使用無類型指針，你應該用GetMem 例程，而不是New例程，因為GetMem 例程能用于內存分配大小不確定的情況。 實際上，Delphi 中必須使用指針的情況很少，這是Delphi開發環境一個誘人的優點。雖然如此，若要進行高級編程和完全理解Delphi 對象模型，理解指針是很重要的，因為Delphi 對象模型在幕后使用了指針。 注意：雖然在Delphi中不常使用指針，但是你經常會用一個極為相似的結構--引用（references）。每個對象實例實際上是一個隱含的指針，或說是對其實際數據的引用，利用引用，你能象用其他數據類型一樣使用對象變量。 ### 文件類型 另一個Pascal特定的類型構造器是文件類型（file）。文件類型代表物理磁盤文件，無疑是Pascal語言的一個特殊類型。按下面的方式，你可以定義一個新的數據類型： ~~~ type IntFile = file of Integer; ~~~ 然后，你就能打開一個與這個結構相應的物理文件、向文件中寫入整數、或者從文件中讀取當前的值。 Pascal 文件類型的使用很直觀，而且Delphi 中也定義了一些控件用于文件保存和裝載，以及對數據流和數據庫的支持。 * * * * * ### 結束語 這一章討論了自定義數據類型，完成了對Pascal 數據類型體系的介紹，為下一章“語句”作好了準備。語句用于操作我們所定義的變量。