Демидов Основы программирования в примерах на языке ПАСЦАЛ 2010

ной, например к числу с плавающей запятой. Если преобразование невозможно, возникает ошибка времени выполнения.

Система вывода передаёт на экран дисплея последовательность символов. При выводе значения числовой переменной происходит обратное преобразование числа в строку.

Впримере для ввода данных используется процедура readln, а для вывода текста и значений переменных – процедуры write и writeln стандартной библиотеки.

Вчём же заключается работа программиста с точки зрения пользователя?

Операторы и операции позволяют выполнять некоторые действия над данными. Обращение к данным происходит, так или иначе, через переменные. Таким образом, задача программиста состоит в том, чтобы обеспечить сбор данных от пользователя, преобразовать их и выдать пользователю результат на основе конечных значений переменных.

Понятие блока и замечания по стилю

Для удобства восприятия текста программы человеком принято структурировать программу – разделять на независимые блоки и подчёркивать вложенность блоков друг в друга с помощью отступов от начала строки. Блок представляет собой последовательность инструкций, логически связанных между собой и выполняющих в совокупности относительно независимый участок работы. Принято выделять блоки с помощью составного оператора begin end.

В приведённом примере код структурирован и снабжён комментариями. Таким образом, подчёркнута структура программы, что также облегчает её понимание. Обратите внимание на то, как названы типы и переменные, как подобраны ключевые слова. Из названий можно сделать некоторые выводы о назначении обозначаемой сущности, а ведь это сильно облегчает понимание программы. Возьмём за правило выбирать осмысленные идентификаторы для вводимых типов, переменных, функций. В противном случае разобраться в программе с такими идентификаторами, как asdf, vv12, type2 и fff4, будет невозможно. В сообществах программистов существуют негласные стилистические правила именования.

Сравните:

program mypr; var M,N: integer;

21

function f(M,N: integer): boolean; var K, bb: integer;

a: Boolean; begin

a := false;

if N > M then K := M else K := N; for bb := 2 to K do

a := a or (N mod bb = 0) and (M mod bb = 0); f := a;

end; begin

readln(N); readln(M);

if f(M,N) then writeln(M, ' and ', N, ' are not coprime.') else writeln(M, ' and ', N, ' are coprime.');

end.

Возьмём за правило структурировать программы.

Синтаксис

Основные строительные элементы программы для типового операторного языка рассмотрены. Пришло время взглянуть на сам язык с точки зрения его лексики, грамматики, правил орфографии и пунктуации, которые будем называть синтаксисом.

def. Алфавит – множество допустимых символов языка программирования.

Подробно алфавит описан в обширной литературе по языку Паскаль, здесь же приведены лишь основные сведения. Алфавит языка Паскаль включает прописные и строчные латинские буквы, арабские цифры и специальные символы. Из букв, цифр и знака подчеркивания строятся идентификаторы. Спецсимволами являются ключевые слова, знаки операций, знаки пунктуации, разделители. Идентификаторы не должны совпадать со спецсимволами.

Впримере использованы следующие ключевые слова:

для операторов – begin, end, if, then, else, for, to, do;

встроенные логические и арифметические операции – or, mod, and;

другие – program, var, function.

Впримере использованы следующие знаки пунктуации:

; отделяет операторы, объявления;

:отделяет переменную от ее типа;

, отделяет элементы списка друг от друга;

=логическая операция равенства;

22

( ) круглые скобки, обрамляющие списки параметров или выражения;

:= оператор присваивания; > операция сравнения «больше»;

// однострочный комментарий;

'апостроф (обрамляет строку);

. конец программы, а также отделение целой и дробной части числа, отделение записи и поля записи.

Разделителями являются пробел, управляющие символы, комментарии.

Общая структура программы на языке Паскаль

Программа coprimes включала следующие разделы:

заголовок программы (program);

раздел объявления переменных (var);

раздел процедур и функций (procedure/function);

тело программы (begin … end.).

Также в программе могут присутствовать:

раздел объявления констант (const);

раздел объявления типов данных (type);

раздел объявления используемых модулей (uses);

раздел объявления меток (label).

Кроме заголовка и тела программы разделы могут повторяться. Тело программы является обязательным разделом.

Таким образом, минимальная программа на Паскале выглядит следующим образом:

begin end.

А программа, печатающая на дисплее приветствие, выглядит так:

begin

writeln("Hello world!"); end.

В языке Паскаль принят следующий подход: сначала необходимо сделать объявления переменных, типов и только затем исполь-

23

зовать. В языке C++ переменные можно объявлять по ходу программы, но также до их использования.

Встроенные, определяемые и типизированные константы

Константы именуются для удобства. Например, чтобы не писать каждый раз число Пи до 7-го знака, можно определить его один раз

ввиде константы с нужной точностью и обращаться к ней по имени.

Удобно объявлять в виде констант предельные значения, например границы массивов. Этот приём минимизирует число правок

висходном тексте программы при необходимости изменить какоелибо предельное значение.

Константы определяются с помощью ключевого слова const. Если при определении константы указывается её тип, то она становится типизированной и может играть роль переменной, отличие от обычных переменных только в том, что она инициализирована, т.е. ей присвоено начальное значение:

const

//константы pi и e – определены в модуле Math pi = 3.14159;

max = 16;

//объявление типизированной константы (переменной) k: integer = 89;

var

a,b: array[1..max] of real; i: integer;

begin

for i:=1 to max do begin a[i] := pi*i;

b[i] := a[i]*pi; end;

end.

Роль типизации в операторных языках

Далее рассмотрим способы представления данных, их типы и переменные. Как уже говорилось, тип данных – поименованное множество значений, допускающее определённые действия над значениями. Помимо множества значений тип определяет:

множество допустимых операций;

множество допустимых преобразований в другие типы;

внутреннюю структуру хранения данных.

24

Какие проблемы решают с помощью типизации? Типы данных имеют огромное значение при проектировании программ, играют большую роль при компиляции и во время исполнения программы.

Проектирование. Как показал опыт программирования, разные типы данных по-разному эффективны для разных задач: одни типы данных хороши для хранения (компактны), другие – для поиска (организованы), третьи – для проведения вычислений и т.п. Таким образом, типы данных во многом определяют способы обработки данных и общее быстродействие программы, а значит, конструировать типы данных в отрыве от задачи недальновидно. Поэтому при проектировании типы данных разрабатываются с учётом алгоритмов их последующей обработки.

Компиляция. Человеку свойственно ошибаться. Типы данных помогают компилятору минимизировать ошибки в программе до её исполнения. При компиляции осуществляется сверка типов переменных и присваиваемых им значений. Если присваивается выражение, то тип выражения определяется на основе типов его аргументов и использованных операций. Кроме того, осуществляется проверка допустимости аргументов операций, например, строки нельзя умножать, а массивы сравнивать.

Исполнение. В объектно-ориентированном программировании во время выполнения программы используется механизм динамического определения типа объекта для вызова полиморфных методов класса.

Здесь следует отметить, что введение типов в язык программирования оборачивается и увеличением сложности построения программ, а также снижением гибкости. Языки сценариев, как правило, являются нетипизированными, что делает их лёгкими для освоения и использования, но всё же менее производительными.

Введение в типы данных

Какие типы данных используются в программировании? Типы данных можно условно разделить на несколько групп: простые, структурированные, процедурный тип и указатели. К простым относятся числовые типы (целые, вещественные), логический, перечисляемый, строковый (в зависимости от языка программирования строка может являться простым типом, как в языке Паскаль, а может быть разновидностью массивов, как, например, в Си).

25

К структурированным типам данных относятся массивы, записи, классы, файлы, множества.

Процедурный тип определяет число и тип аргументов процедуры (функции); значениями данного типа являются соответственно процедуры или функции. Этот тип играет большую роль в собы- тийно-ориентированном программировании.

Механизм указателей позволяет оперировать адресами участков памяти, в которых размещаются значения переменных, как значениями особого типа. Это важнейший механизм для построения динамических структур данных в частности в объектноориентированном программировании.

Как задаются множества значений типа? С точки зрения математики множество значений типа можно задать двумя способами: перечислив все возможные значения или указав способ получения всех значений. С точки зрения операторного языка программирования множество значений типа данных определяется в основном внутренним представлением значений в памяти ЭВМ и механизмами контроля типов.

Множество значений простого типа определяется способом внутреннего представления. Так, для целых чисел с шагом 1 максимальное число определяется как 28*N, где N – число байт, отводимое для представления числа в ЭВМ с двоичной системой счисления. Если требуется хранить знак числа, то для этого отводится один бит, что в два раза уменьшает диапазон допустимых чисел. Если требуется хранить число с плавающей запятой, то часть памяти отводится под мантиссу, а часть – под порядок числа. Таким образом, числа с плавающей запятой имеют разную точность представления. Множество значений строкового типа определяется алфавитом языка и максимальной длиной строки, зависящей от внутреннего представления.

Множество значений структурированного типа есть декартово произведение множеств значений типов элементов, составляющих структурированный тип.

Как определяются новые типы данных? Они определяются с помощью встроенных механизмов определения типов и встроенных (стандартных) типов данных. Встроенные механизмы определения типов позволяют определять новые структурированные типы данных. Для каждой группы структурированных типов имеется свой механизм – своего рода метатип, который нужно конкретизи-

26

ровать для построения нового типа. Например, для определения массива необходимо сначала определить тип элементов массива, а для определения записи необходимо определить структуру записи

– набор типизированных полей записи.

Целые и вещественные встроенные типы, как правило, зависят от длины машинного слова в битах (разрядности ЭВМ), например 8, 16, 32, 64. Машинное слово целиком помещается в регистры процессора, а значит, обрабатывается быстро и просто.

Полезным свойством типизированных переменных является то, что с помощью оператора присваивания на основе информации о типе можно создавать копии значений переменной, поскольку известен размер памяти, занимаемый значениями. Как следствие, значения переменных структурированных типов (массивы или записи) можно копировать без поэлементного присваивания. При работе с указателями следует иметь в виду, что в случае присваивания создаётся лишь копия адреса области памяти, а не собственно области памяти.

В Java механизм указателей отсутствует, однако возможность создавать динамические структуры данных имеется: в момент присваивания создаётся копия области памяти, в которой размещается динамическая структура. В Object Pascal работа с динамическими массивами возможна без применения указателей.

27

Глава 3. Типы данных языка Паскаль

Рассмотрим типы данных языка:

1)простые типы данных;

2)указатели;

3)структурированные типы данных;

4)процедурный тип.

Некоторые типы уже встроены в язык и не требуют объявления, их называют стандартными или встроенными типам данных. Все остальные типы необходимо объявлять с помощью специальных конструкций.

Квстроенным типам относятся:

простые целые и вещественные типы;

логический тип Boolean;

символьный тип Char и тип-строка String;

текстовый файл Text;

нетипизированный указатель pointer;

тип-строка с завершающим нулевым символом PChar.

Числовые типы

Как уже говорилось, целые и вещественные типы отличаются количеством байтов, отводимых под представление числа, а также способностью представлять отрицательные числа. В языке Паскаль определены следующие числовые типы:

Переменные вещественных типов могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Значения задаются либо явно с помощью констант, либо неявно через выражения. Примеры объявления и задания переменных:

28

type

Numeric = integer; var

i: integer; m,n: real; number: Numeric;

begin

i := 3;

I := $F3; // шестнадцатиричный формат m := -5.78;

m:= 8e-5; // формат со степенью: 8*10-5

n:= m + 3.13*2 - i;

number := i; end.

Все числа представляются в двоичной системе счисления. Для представления знаковых чисел старший бит используется для указания знака (0 – у положительных, 1 – у отрицательных).

Логический тип

Переменные логического типа Boolean могут принимать только два значения False (ложь) и True (истина). Выполняется постулат False < True. Во внутреннем представлении ЭВМ ложь представляется нулём, а истина – единицей. Есть и другие логические типы, в которых истинным считается любое значение, отличное от нуля:

var

flag: boolean; a, b: integer;

begin

a := 3; b := 4;

flag := false; flag := a < b;

flag := flag and (a=b); end.

Рассмотрим несколько примеров, в которых участвуют переменные логического типа:

29