semakin Основы программирования / Семакин_Основы программирования

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

И.Г.СЕМАКИН, А.П.ШЕСТАКОВ

ОСНОВЫ

ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Допущено Министерством образования Российской Федерации

в качестве учебника для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся

по специальностям 2202 «Автоматизированные системы обработки инаюрмации и управления (по отраслям)», 2203 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

Москва

ИЗДДТЕЛЬСМастерствоФ

2002

ПРЕДИСЛОВИЕ

Программирование все в большей степени становится заняти­ ем лишь для профессионалов. Объявленный в середине 1980-х гг. лозунг «Программирование — вторая грамотность» остался в про­ шлом. В понятие «компьютерная грамотность» сегодня входит преж­ де всего навык использования многообразных средств информа­ ционных технологий. Решая ту или иную информационную зада­ чу, необходимо выбрать адекватное программное средство. Это могут быть электронные таблицы, системы управления базами дан­ ных, математические пакеты и т.п. И только в том случае, когда подобные средства не дают возможности решить задачу, следует прибегать к универсальным языкам программирования.

Принято различать программистов двух категорий: приклад­ ных и системных. Системные программисты — это разработчики базовых программных средств ЭВМ (операционных систем, транс­ ляторов, сервисных средств и т.п.). Они являются профессиона­ лами высочайшего уровня в программировании. Прикладные про­ граммисты разрабатывают средства прикладного программного обеспечения ЭВМ, предназначенные для решения задач из раз­ личных областей (наука, техника, производство, сфера обслу­ живания, обучение и т.п.). Требования к качеству как приклад­ ных программ, так и системных сегодня очень высоки. Програм­ ма должна не только правильно решать задачу, но и иметь современный интерфейс, быть высоконадежной, дружественной по отношению к пользователю и т.д. Только такие программы могут выдерживать конкуренцию на мировом рынке программ­ ных продуктов. Программирование на любительском уровне се­ годня никому не нужно.

По мере развития компьютерной техники развивались также и методика, и технология программирования. Сначала возникает командное и операторное программирование, в 1960-х гг. бурно развивается структурное программирование, появляются линии логического и функционального программирования, а в после­ днее время — объектно-ориентированное и визуальное програм­ мирование.

Задача, которую следует ставить при первоначальном изучении программирования, — освоение основ структурной методики про­ граммирования. Для указанной цели наиболее подходящим сред­ ством является язык программирования Паскаль. Автор языка Пас­ каль — швейцарский профессор Никлаус Вирт — создавал его имен-

3

но для этого. Структурная методика остается основой программист­ ской культуры. Не освоив ее, человек, взявшийся изучать програм­ мирование, не имеет никаких шансов стать профессионалом.

Реализации Паскаля в версиях фирмы Borland для IBM, извест­ ных под названием Турбо Паскаль, значительно расширили язык по сравнению с вариантом Вирта. Начиная с версии 5.5 Турбо Паскаль становится также и языком объектного программирования.

Содержание третьей главы настоящего учебника ориентирова­ но на глубокое освоение студентами базовых понятий языков про­ граммирования высокого уровня в их реализации на Паскале. Та­ кая подготовка облегчает изучение других языков программиро­ вания. Изложение основ языков Си/Си++ в четвертой главе опирается на знания и навыки, полученные учащимися при изу­ чении Паскаля.

При изучении данного курса студентам понадобятся знания основ алгоритмизации в рамках школьного базового курса ин­ форматики. Обычно в школе алгоритмизация изучается с исполь­ зованием учебных исполнителей, с помощью которых можно ус­ пешно освоить основы структурной методики, а именно:

•построение алгоритмов из базовых структур;

•применение метода последовательной детализации. Желательным является знакомство с архитектурой ЭВМ на уров­

не машинных команд (достаточно на модельных примерах учеб­ ных компьютеров, изучаемых в школьной информатике; совсем не обязательно изучение реальных языков команд или ассембле­ ра). Эти знания позволяют освоить основные понятия программи­ рования, такие как переменная, присваивание; «входить в поло­ жение транслятора» и благодаря этому не делать ошибок, даже не помня каких-то деталей синтаксиса языка; предвидеть те «под­ водные камни», на которые может «напороться» ваша программа в процессе выполнения. По существу, все эти качества и отличают профессионального программиста от дилетанта.

Еще одно качество профессионала — способность восприни­ мать красоту программы, получать эстетическое удовольствие оттого, что она хорошо написана. Нередко это чувство помогает интуитивно отличить неправильную программу от правильной. Однако основным критерием правильности является, безуслов­ но, не интуиция, а грамотно организованное тестирование.

Процесс изучения и практического освоения программирова­ ния делится на три части:

•изучение методов построения алгоритмов;

•изучение языка программирования;

•изучение и практическое освоение определенной системы про­ граммирования.

Решению первой задачи посвящены вторая и пятая главы учеб­ ника. Во второй главе даются основные, базовые понятия и прин-

4

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ

1.1. Алгоритмы и величины

Этапы решения задачи на ЭВМ. Работа по решению любой за­ дачи с использованием компьютера делится на следующие этапы:

1.Постановка задачи.

2.Формализация задачи.

3.Построение алгоритма.

4.Составление программы на языке программирования.

5.Отладка и тестирование программы.

6.Проведение расчетов и анализ полученных результатов.

Часто эту последовательность называют технологической цепоч­ кой решения задачи на ЭВМ. Непосредственно к программирова­ нию в этом списке относятся пункты 3, 4, 5.

На этапе постановки задачи должно быть четко сформулирова­ но, что дано и что требуется найти. Здесь очень важно определить полный набор исходных данных, необходимых для получения ре­ шения.

Второй этап — формализация задачи. Здесь чаще всего задача переводится на язык математических формул, уравнений, от­ ношений. Если решение требует математического описания ка­ кого-то реального объекта, явления или процесса, то форма­ лизация равносильна получению соответствующей математи­ ческой модели.

Третий этап — построение алгоритма. Опытные программисты часто сразу пишут программы на языках, не прибегая к какимлибо специальным способам описания алгоритмов (блок-схемам, псевдокодам). Однако в учебных целях полезно использовать эти средства, а затем переводить полученный алгоритм на язык про­ граммирования.

Первые три этапа предусматривают работу без компьютера. Даль­ ше следует собственно программирование на определенном язы­ ке, в определенной системе программирования. Последний (шес­ той) этап — это использование уже разработанной программы в практических целях.

Таким образом, программист должен обладать следующими зна­ ниями и навыками:

•уметь строить алгоритмы;

•знать языки программирования;

•уметь работать в соответствующей системе программирования.

6

ми — корни уравнения хи х2; промежуточным данным — дискри­ минант уравнения D = Ь1 — 4ас.

Для успешного освоения программирования необходимо ус­ воить следующее правило: всякая величина занимает свое опреде­ ленное место в памяти ЭВМ (иногда говорят — ячейку памяти). Хотя термин «ячейка» с точки зрения архитектуры современных ЭВМ несколько устарел, однако в учебных целях его удобно ис­ пользовать.

У всякой величины имеются три основных свойства: имя, зна­ чение и тип. На уровне команд процессора величина идентифи­ цируется при помощи адреса ячейки памяти, в которой она хра­ нится. В алгоритмах и языках программирования величины де­ лятся на константы и переменные. Константа — неизменная величина, и в алгоритме она представляется собственным значе­ нием, например: 15, 34.7, k, true и т.д. Переменные величины мо­ гут изменять свои значения в ходе выполнения программы и пред­ ставляются символическими именами — идентификаторами, на­ пример: X, S2, cod15. Любая константа, как и переменная, занимает ячейку памяти, а значение этих величин определяется двоичным кодом в этой ячейке.

Теперь о типах величин — типах данных. С понятием типа дан­ ных вы уже, возможно, встречались, изучая в курсе информати­ ки базы данных и электронные таблицы. Это понятие является фундаментальным для программирования.

В каждом языке программирования существует своя концеп­ ция типов данных, своя система типов. Тем не менее в любой язык входит минимально необходимый набор основных типов дан­ ных, к которому относятся: целый, вещественный, логический и сим­ вольный типы. С типом величины связаны три ее характеристики: множество допустимых значений, множество допустимых опера­ ций, форма внутреннего представления. В табл. 1.1 представлены эти характеристики основных типов данных.

Т а б л и ц а 1.1

8

Типы констант определяются по контексту (т.е. по форме за­ писи в тексте), а типы переменных устанавливаются в описаниях переменных.

Есть еще один вариант классификации данных — классифи­ кация по структуре. Данные делятся на простые и структуриро­ ванные. Для простых величин (их еще называют скалярными) справедливо утверждение: одна величина — одно значение, для структурированных: одна величина — множество значений. К структурированным величинам относятся массивы, строки, множества и т.д.

ЭВМ — исполнитель алгоритмов. Как известно, всякий алго­ ритм (программа) составляется для конкретного исполнителя в рамках его системы команд. О каком же исполнителе идет речь при обсуждении вопроса о программировании для ЭВМ? Ответ очевиден: исполнителем является компьютер. Точнее говоря, ис­ полнителем является комплекс ЭВМ + Система программирова­ ния (СП). Программист составляет программу на том языке, на который ориентирована СП. Иногда в литературе такой комплекс называют виртуальной ЭВМ. Например, компьютер с работаю­ щей системой программирования на Бэйсике называют Бэйсикмашиной; компьютер с работающей системой программирования на Паскале называют Паскаль-машиной и т.п. Схематически это изображено на рис. 2.

9