[ Миронченко ] Императивное и объектно-ориентированное програмирование на Turbo Pascal и Delphi

41

Глава 2: Первые шаги

2.1. Базовые концепции процедурного программирования

Введем некоторые основные понятия процедурного программирования:

•Алфавит – множество символов, допустимых в языке.

•Слово – набор символов, отделенный с обеих сторон пробелами.

•Переменная – именованная область памяти, значение которой может изменяться во время работы программы.

•Константа – именованная область памяти, значение которой не может изменяться во время работы программы.

•Идентификатор – слово, которое может быть использовано в качестве названия для переменной, константы, типа данных и других объектов программного кода.

•Тип данных – идентификатор, определяющий объем памяти, который занимает переменная, а также интерпретацию данных, записанных в переменной и операции, которые можно совершать над переменными данного типа.

Все эти понятия отсутствуют в машинном языке. Для процессора нет никаких констант, переменных и тем более типов. Есть лишь устройства, например, память, и команды, которые можно этим устройствам посылать – и ничего больше.

В языках программирования существует некоторый стандартный набор типов данных, с которыми можно работать (напр. целые и вещественные числа, символы). Кроме того, есть возможности строить на основе этих простых типов более сложные, которые состоят из набора переменных разных типов.

Операции

Прежде, чем давать определение операции в программировании, рассмотрим, как операция определяется в математике.

•Бинарной операцией над множеством Х называется функция, которая двум элементам множества Х ставит в соответствие некоторый (единственный) элемент множества Х.

Например, бинарной операцией является операция сложения на множестве целых

чисел, т.к. сумма двух целых чисел – тоже целое число. А операция вычитания на множестве натуральных чисел не будет являться бинарной операцией, т.к. разностью двух натуральных чисел не всегда является натуральное число.

Естественно, кроме бинарных операций можно рассматривать унарные (т.е. операции, которые одному элемента множества ставят в соответствие единственных элемент того же множества), тернарные (операции, которые трем элементам множества ставят в соответствие единственный элемент этого множества, и.т. д.

Впрограммировании бинарную операцию обычно определяют иначе:

•Бинарная операция – это функция, которая двум переменным, совместимым по типу, ставит в соответствие значение некоторого типа (обычно тип результата совпадает с типом одной из переменных-операндов).

42

Совместимость по типу может определяться для каждого языка по-разному. Набор формальных правил, задающих совместимость по типу для ТР, мы изучим позднее.

Операторы

•Оператор – языковая конструкция, предназначенная для описания действий алгоритма.

Операторы делятся на простые и составные.

•Простой оператор – оператор, не содержащий в себе никаких других операторов.

•Составной оператор – оператор, не являющийся простым.

Самым важным из простых операторов является оператор присваивания, который записывает в переменную результат некоторого выражения или значение другой переменной. В выражении могут использоваться различные операции над переменными и константами.

Из структурных операторов наиболее важны условные операторы и операторы цикла. Условные операторы позволяют проверять различные условия, и в зависимости от них выполнять те или иные действия. Операторы цикла позволяют совершать повторяющиеся действия.

Структура программного кода

Прежде, чем использовать переменные, константы или типы данных, надо сначала объявить их. В некоторых языках (таких, как С, Java) объявления переменных и их использование не разделяются особо. В других (как TP, Delphi) есть специальная часть программы, в которой находятся все объявления переменных, типов, подпрограмм, которые будут использоваться в дальнейшем.

Исполняемая часть программы состоит из набора операторов, которые надо выполнить.

•Языки, в которых программа представляет собой набор операторов, называются

императивными языками.

Императивными языками являются все процедурные языки, а также машинные

языки и ассемблеры.

В процедурных языках программа разбивается на фрагменты, которые называются подпрограммами. Для того, чтобы вызвать подпрограмму используется оператор вызова. Его синтаксис в языках неодинаков. Например, в языке Fortran (от англ. Formulae Translator) чтобы вызывать подпрограмму UnterPr, надо написать следующую строку:

CALL UnterPr

В TP подпрограмма вызывается просто по имени: UnterPr;

В подпрограммы можно передавать параметры (например, в подпрограмму вычисления синуса числа должно передаваться само число, синус которого надо вычислить).

45

вы должны писать в ТР так: a=5;

b=2;

Пример 2: Вычисление S=(a+b)*m.

10:S:=(a+b)*m; {Присваиваем переменной s значение (a+b)*m }

11:write(S); {Печатаем на экран значение переменной s}

12:END.

Эта программа по своей структуре уже сложнее предыдущей. В ней кроме исполняемой части (которая начинается со слова Begin, и заканчивается словом end.), есть раздел описаний, который находится перед исполняемой частью и состоит из разделов program, const, var.

•Раздел program начинается с ключевого слова program, за которым через пробел следует название программы (которое вы придумываете сами). Обычно программисты этот раздел пропускают, т.к. зачастую предназначение программы не опишешь одним словом, и все равно приходится писать комментарий (о том, что это такое, мы поговорим ниже).

•Выражения в фигурных скобках – это комментарии (например {S=(a+b)*m;}). Комментарий – это текст, который игнорируется компилятором и предназначенный исключительно как пояснения к программному коду, т.е. если вы их поставите или, наоборот, уберете, то программа при этом никак не изменится. Применение комментариев поможет вам быстрее разбираться в ваших программах. Если вы пишете одну часть программы сегодня, а другую через месяц, то, приступая ко второй части программы, вы можете совершенно забыть о том, что было написано в первой части. Кроме того, хорошо прокомментированную программу легче отлаживать (т.е. искать ошибки), что экономит вам время и силы.

•В разделе const (от англ. constant - постоянная) описываются константы. Чтобы описать константу, вы должны написать ее имя, затем знак равенства и значение константы. В конце описания должна стоять ‘;’. В примере 2 были описаны 3 целочисленные константы m,a,b со значениями 2, 5, 2 соответственно.

•За разделом const следует раздел var (от англ. variable – переменная). В этом разделе объявляются переменные. Описываются переменные следующим образом: сначала название переменной, затем знак ‘:’, затем тип переменной. В примере 2 была описана одна переменная типа integer (целого типа). Подробнее о типах данных мы поговорим в следующих главах.

•Предыдущие 3 раздела называются разделами описаний. За ними следует исполняемая часть программы (которая, как мы уже знаем, начинается с ключевого слова BEGIN и заканчивается словом END.)

46

•В строке 10 стоит оператор S:=(a+b)*m;. ’:=’ - оператор присваивания. Он записывает в переменную, стоящую в левой части оператора значение, стоящее в его правой части. В нашем случае сначала будет вычислено значение выражения (a+b)*m, а затем это значение будет присвоено переменной S.

•В строке 11 значение переменной S выводится на экран процедурой write. Эта процедура отличается от writeln лишь тем, что после вывода сообщения курсор не

переводится на следующую строку.

Замечание 1: Заметьте, что в строке 11 переменная S не взята в кавычки. Если бы вместо write(S) было написано write(‘S’), то мы бы увидели на экране не значение переменной S, а просто букву S (Проверьте!).

Замечание 2: вы видите, что все названия переменных, констант и т.п. написаны с помощью латинского алфавита. Дело в том, что ТР не понимает кириллицу, поэтому если вы знаете какой-либо язык, использующий латинский алфавит, то пишите на нем, а если нет, то выучите немецкий и дело с концом. Чтобы помочь вам в этом, в дальнейшем я буду использовать в качестве идентификаторов немецкие названия (естественно, в комментариях я буду давать вам их перевод).

Записывать алгебраические выражения мы научились и теперь можем двигаться дальше. Нашей следующей целью будет использование встроенных математических функций. С большинством из них вы знакомы (или еще познакомитесь). Мы же рассмотрим функции целой и дробной части, которые стоят особняком, т.к. они не являются непрерывными функциями.

• Целой частью вещественного числа х (обозначается [х] ) называется наименьшее

число из двух ближайших к х целых чисел. Целой частью целого числа является само число.

Пример: [10.13]=10, [3.99]=3, [-1.13]=-2, [-20]=-20.

На рис. 2.1 изображен график функции y = [x] .

Стрелки означают, что функция стремится к некоторому значению аргумента, но не достигает его, например: на полуинтервале [0;1) значение функции равно 0, а в точке

48

(гиперболический косинус)

loga b = ln b ln a

Теперь, научившись работать с константами и переменными, и с легкостью орудуя формулами, мы можем заняться моделированием равномерного прямолинейного движения автомобиля.

Напомню, на всякий случай, формулы вычисления скорости и пройденного пути при прямолинейном равноускоренном движении:

a - ускорение автомобиля

v(t), S (t) - скорость и координата тела в момент времени t . В нашей задаче S 0 =0.

Пример 3: Вычисление конечной скорости и пройденного автомобилем пути, если заданы ускорение, начальная скорость и время движения автомобиля.

1 : uses CRT; {Модуль, в котором находится процедура очистки экрана} 2 : const

3 : a=1; {ускорение}

4 : t=60; {время движения}

5 : v0=20;{начальная скорость машины}

6 : var

7 : S:real;{объявление вещественной переменной S}

8 : v:real;{объявление вещественной переменной v}

9 : BEGIN

10:Clrscr; {процедура, очищающая экран}

11:v:=v0+a*t;{находим скорость в конце пути}

12:S:=v0*t+(a*sqr(t)/2); {находим путь, пройденный автомобилем}

13:writeln('Скорость в конце пути:',v,' м/с');

14:writeln('За время движения машина пройдет ',S,' м');

15:readln;{ждем, пока пользователь ждет нажатия Enter}

16:END.

Вэтой программе добавился еще один раздел описаний: uses. В нем описываются модули (коллекции подпрограмм), которые будут использоваться вами в программе. В данном примере мы подключили модуль CRT (эта аббревиатура расшифровывается как Cathod Radio-Tube, в переводе с английского - электронно-лучевая трубка, ЭЛТ) для того, чтобы мы могли использовать процедуру очистки экрана ClrScr (сокращение от Clear Screen – очистить экран) (см. строку 10).

Вразделе var были объявлены 2 вещественные переменные (тип real). Дело в том, что при вычислении пройденного пути мы будем делить число на 2, и результатом будет вещественное число, поэтому целые типы данных использовать нельзя (иначе возникнет ошибка несоответствия типов (Error 26: Type mismatch)).

Встроке 12 программа вычисляет длину пути, пройденного машиной за время t.

49

Печатаются данные с помощью уже знакомой нам процедуры writeln, однако на этот раз параметров мы ей передали не один, а несколько. В качестве параметров можно передавать как константы, так и переменные. Если в процедуру writeln передать константу, то она ее и напечатает, а если передать переменную, то будет напечатано значение переменной. Перевод строки будет сделан лишь после того, как будут выведены все аргументы функции.

Например, строка 13 данного примера выведет на экран строку “Скорость в конце пути:”, затем значение переменной v, потом строку “м/с”, и потом переведет курсор на следующую строку.

Процедура readln в строке 15 останавливает работу программы и ждет, пока пользователь нажмет клавишу Enter.

Переменные v и S – вещественные, и поэтому они печатаются в особом формате. Например, 3.23234Е+4 означает 3.23234 104 . В общем случае cEd = c 10d .

Замечание: Не забывайте подключать модуль Crt, если вы используете в вашей программе подпрограммы из этого модуля.

2.4. Ввод значений переменных с клавиатуры. Процедура Readln(x)

Пришло время модернизировать наши программы так, чтобы мы могли вводить входные данные с клавиатуры, а не делать их константами. Ввод значений осуществляется с помощью процедур read(x) и readln(x), где x – имя переменной, значение которой мы должны ввести. Различия между этими процедурами мы обсудим позже, когда будем работать с массивами. А пока что будем использовать процедуру

readln(x).

Процедура readln(x) дает возможность пользователю ввести с клавиатуры значение переменной x. Вы можете вводить число, стирать его клавишей Backspace, снова вводить и т.д. Окончание ввода числа – нажатие клавиши Enter. После этого введенное значение записывается в переменную, которая находится в скобках.

Замечание 1: Если вы вместо числа введете строку, которая числом не является, то будет выдана ошибка (Error 106: Invalid Numeric Format).

Замечание 2: В ТР десятичная точка – это символ ‘.’, а не ‘,’. Поэтому если вы введете значение 5,5 – то компилятор вам выдаст ошибку, т.к. для ТР 5,5 – это не число. Надо писать 5.5.

Замечание 3: Если вы вместо целого числа введете вещественное, то будет выдана ошибка (Error 106: Invalid Numeric Format).

Пример 4: Программа, вычисляющая по сумме вклада и процентной ставке банка

проценты по вкладу в конце месяца.

1 : uses Crt;

2 : var

3 : Einlage:real; {Вклад}

4 : ProzentSatz:real;{Процентная ставка}

5 : Einkommen:real; {Доход}

6 : BEGIN

7 : write('Введите размер вклада (в грн): '); 8 : readln(Einlage); {вводим размер вклада}

9 : write('Введите процентную ставку банка (в % годовых): '); 10: readln(ProzentSatz);{Вводим процентную ставку банка}

50

11:Einkommen:=Einlage*ProzentSatz/(12*100);

12:write('Ваш доход в конце месяца: ',Einkommen,' грн.');

13:readln;

14:END.

Встроке 7 мы выводим пользователю сообщение о том, какую информацию он должен ввести. Строка 8 требует от нас ввести значение переменной Einlage, а строка 10 – значение переменной ProzentSatz.

2.5. Несколько заключительных слов

Вы знаете, что в результате работы компилятора программный код на языке высокого уровня (ЯВУ) преобразуется в программу - набор команд на машинном языке. Все константы и переменные, которые мы объявляем в программе, тоже являются ее неотъемлемой частью, поэтому компилятор на этапе компиляции программы выделяет под каждую переменную и константу определенное место в памяти (после этого каждой переменной и константе соответствует место в памяти, где хранится ее значение) и инициализирует константы начальными значениями. Оператор присваивания (a:=b) будет преобразован компилятором в последовательность команд ЦП, которые в область памяти, в которой хранится значение переменной а, запишут данные, хранящиеся в области памяти, в которой хранится значение переменной b. Т.е. для компилятора названия переменных – это ссылки на место в памяти, где хранится значение переменной.

Если в операторе a:=b а – константа, то на этапе компиляции будет выдана ошибка, т.к. именно компилятор отслеживает попытки изменения константных данных.

Все встроенные подпрограммы, которые мы использовали в этой главе (включая математические функции) содержатся в модуле System. Этот модуль подключается к каждой программе автоматически. Все остальные модули вы должны подключать самостоятельно.

При нажатии комбинации клавиш Ctrl+F9 компилятор генерирует программу, которую он запускает сразу на выполнение. При этом не создается exe-файл, в котором хранится написанная программа. Если вы хотите, чтобы ТР не только запускал программу на выполнение, но и создавал exe-файл, надо зайти в раздел Compile- >Destination и вместо Memory установить значение Disk.

Задачи

1.Напишите программу, которая выводит на экран ваши имя и фамилию, место учебы (работы), ВУЗ, в который собираетесь поступать. (Если хотите, можете продолжить список).

2.Вы – главный менеджер украинского филиала компании DedMoroz&Co. Наступила зима, и главный украинский Дед Мороз должен готовиться к раздаче подарков. Ему нужно знать, сколько сладостей нужно заготовить в этом году. Вы по долгу службы обязаны предоставить шефу все необходимые данные: количество подарков, суммарный вес подарков, стоимость одного подарка, и суммарную стоимость всех подарков. Все исходные данные, а именно: масса одного подарка, средняя стоимость килограмма сладостей, количество детишек в стране вводятся с клавиатуры. Только