Основы программирования на языке Паскаль

Основы программирования на языке Паскаль

| |

|Краткий курс лекций |

|"Основы программирования на языке Паскаль" |

| |

| |

|Введение. |

| Прежде всего, следует напомнить, что изучение языка программирования |

|представляет собой знакомство с формальными правилами записи алгоритмов для|

|их последующего выполнения компьютером. Формальность сия проистекает из |

|самих принципов, заложенных в архитектуру вычислительных устройств, и |

|жесткости математической логики. Поэтому, постарайтесь воспринять все |

|довольно строгие правила как неизбежность, настроить себя на серьезную, |

|скрупулезную, порой сложную работу. Однако не стоит бояться, расстраиваться|

|и сетовать на судьбу: немного аккуратности, внимания, знания предыдущего |

|материала - и вы уже программист. |

| |

|Основные понятия. |

| Как и любой алгоритм, являющийся, как вы помните, последовательностью |

|инструкций, программа на языке Паскаль состоит из команд (операторов), |

|записанных в определенном порядке и формате. |

| Команды позволяют получать, сохранять и обрабатывать данные различных |

|типов (например, целые числа, символы, строки символов, т.д.). Однако кроме|

|команд в записи программы участвуют еще так называемые "служебные слова". |

|Это и есть элементы формальности, организующие структуру программы. Их не |

|так много, но их значение трудно переоценить. Служебные слова можно |

|использовать только по своему прямому назначению. Переопределять их не |

|разрешается. |

| Вам уже известно, что основное назначение компьютера - облегчить |

|человеку работу с большими объемами информации, поэтому подавляющее |

|большинство программ построено по одному, довольно простому принципу: |

|получение данных из внешнего мира (ввод), обработка их по соответствующему |

|алгоритму, хранение необходимой информации и вывод во внешний (по отношению|

|к компьютеру) мир полученных результатов. Все эти действия реализуются |

|через имеющиеся в языках программирования команды, алгоритмические |

|структуры и структуры данных. |

| |

|Основная структура программы. |

| Правила языка Паскаль предусматривают единую для всех программ форму |

|основной структуры: |

|Program ; |

| |

|Begin |

| |

|End. |

| Здесь слова Program, Begin и End являются служебными. Правильное и |

|уместное употребление этих слов является обязательным. |

| Угловые скобки в формате указывают на то, что вместо них при реальном |

|программировании должно быть подставлено конкретное значение. Сама запись |

|программы в принципе может производиться вообще в одну стоку. При этом ее |

|части должны отделяться друг от друга хотя бы одним пробелом. Однако, такая|

|запись неудобна для чтения, недостаточно наглядна, поэтому я рекомендую |

|придерживаться приведенной структуры, а в теле программы по возможности |

|записывать по одному оператору в строке. |

| Имя программы выбирается программистом самостоятельно в соответствии с|

|правилами построения идентификаторов. |

| Все объекты, не являющиеся зарезервированными в Паскале, наличие |

|которых обусловлено инициативой программиста, перед первым использованием в|

|программе должны быть описаны. Это производится для того, чтобы компьютер |

|перед выполнением программы зарезервировал память под соответствующие |

|объекты и поставил в соответствие этим участкам памяти идентификаторы. |

|Раздел описаний может состоять из пяти подразделов: |

| 1. Описание меток (Label). |

| 2. Описание типов (Type). |

| 3. Описание констант (Const). |

| 4. Описание переменных (Var). |

| 5. Описание процедур и функций (Procedure, Function). |

| При отсутствии необходимости в каком-либо виде объектов, |

|соответствующий подраздел может быть опущен. |

| |

|Алфавит языка. |

| Основу любого языка составляет алфавит, то есть конечный, |

|фиксированный набор символов, используемых для составления текстов на |

|данном языке (в нашем случае - программ). Конечно, стройность картины |

|немного портит наличие диалектов, создающихся стихийно и очень часто |

|включающих в себя апокрифические (неканонические) буквы и знаки. В |

|программировании эта проблема решается введением понятия "стандарт языка". |

|Оно практически неприменимо к языкам человеческим, вечно развивающимся и |

|изменяющимся. Мы с вами в основном будем говорить о той самодостаточной |

|части языка Паскаль, которая входит в различные его компьютерные реализации|

|в неизменном виде. В плане изучения, я не вижу большого смысла излагать вам|

|строгие правила стандарта, хотя такие существуют. Ограничимся некоторыми |

|замечаниями, раскрывающими все же формальности употребления символов в |

|языке Паскаль. |

| Итак, алфавит языка Паскаль составляют: |

| 1) буквы латинского алфавита; |

| 2) арабские цифры; |

| 3) специальные знаки. |

| Использование символов первой группы чаще всего вопросов не вызывает, |

|но свои тонкости здесь имеются. Во-первых, это употребление заглавных и |

|строчных букв. Большинство существующих трансляторов не различают буквы |

|разных регистров. Таким образом, записи "progRaM" и "PROGram" будем считать|

|идентичными. Во-вторых, некоторые символы латиницы и кириллицы совпадают по|

|начертанию. Нельзя ли вместо буквы "К" латинской написать "K" русскую? |

|Ответ: в тетради (если вы их сможете различить) - пожалуйста, в программе |

|на ЭВМ - ни в коем случае. На вид они может быть и похожи, но уж коды-то у |

|них совершенно разные, а компьютер, как вам известно, оперирует внутри себя|

|не буквами, а их числовыми кодами. |

| По поводу привычных арабских цифр сказать можно только то, что с их |

|помощью записываются не только числа. Цифры в качестве обыкновенных |

|символов могут использоваться в различных других конструкциях языка. |

| Сложнее всего обстоит дело со специальными знаками, поэтому их |

|придется разобрать подробно, иногда забегая вперед, но вы пока можете |

|пропускать мимо ушей непонятные термины, не забывая, однако, записывать все|

|в тетрадь. Потом, при изучении соответствующих структур, вы будете иметь |

|возможность заглянуть в этот раздел для того, чтобы уточнить какой знак в |

|данном месте необходимо использовать. |

| Наиболее часто употребляемым специальным символом является пробел (в |

|значимых местах мы будем обозначать его в записях знаком "V"). Его |

|использование связано с форматами основной структуры программы, разделов |

|описаний, операторов. Не следует путать наличие пробела с отсутствием |

|символа. |

| . конец программы, разделение целой и дробной частей вещественного |

|числа (десятичная точка), разделение полей в переменной типа Record; |

| , разделение элементов списков; |

| .. указание диапазона; |

| : используется в составе оператора присваивания, а также для |

|указания формата вывода в операторе Writeln; |

| ; отделяет один раздел программы от другого, разделяет операторы; |

| ' используется для ограничения строковых констант; |

| - + * / ( ) арифметические знаки (используются по своему |

|назначению); |

| < > знаки отношений; |

| = используется в составе оператора присваивания, в разделах |

|описаний констант и типов, используется как знак отношения (равно); |

| @ имя специального оператора определения адреса переменной, |

|подпрограммы; |

| ^ используется для именования динамических переменных; |

| {} ограничение комментариев в программе; |

| [ ] заключают в себе индексы элементов массивов; |

| _ символ подчеркивания используется также как любая буква, |

|например, в идентификаторах - вместо пробела; |

| # обозначение символа по его коду; |

| $ обозначение директивы компилятора, обозначение шестнадцатеричного|

|числа. |

| Возникает вопрос, а как же быть с русскими буквами и другими знаками, |

|имеющимися на клавиатуре? Некоторые версии Паскаля допускают их |

|использование в программе, но стандарт языка этого не подразумевает. |

|Поэтому включать эти символы в программу можно только в качестве строковых |

|констант или внутри комментария, то есть там, где транслятор при компиляции|

|их игнорирует. При использовании этих знаков в качестве данных, они |

|равноправны со всеми символами, которые может хранить в памяти и |

|обрабатывать компьютер. |

| |

|Идентификаторы. |

| Имена операторов, переменных, констант, типов величин, имя самой |

|программы назначаются программистом и называются в Паскале |

|идентификаторами. Существуют правила, которым должны отвечать все |

|идентификаторы: |

|идентификатор должен быть уникальным, то есть одним и тем же именем разные |

|объекты не могут быть названы; |

|идентификатор имеет ограничение по длине (зависит от конкретной реализации |

|языка на компьютере); |

|идентификатор может состоять только из символов латинского алфавита, цифр и|

|знака подчеркивания ("_"); |

|идентификатор не может начинаться с цифры. |

| |

|Константы. |

| Из всех подразделов описаний сейчас мы рассмотрим только описание |

|констант и переменных, остальные - позже. |

| Вообще говоря, в Паскале константами являются любые явно заданные в |

|программе данные (например, 7493, 'привет', 54.899). Следует обратить ваше |

|внимание на то, что при записи числовых констант с дробной частью эта часть|

|отделяется от целой не запятой, как, возможно, вы привыкли, а точкой. Для |

|записи очень больших по модулю или очень малых (близких к нулю) чисел |

|существует возможность записи их в так называемой экспоненциальной форме. С|

|такой записью вы встречались в математике и физике, но называли ее |

|стандартным видом числа. |

| Пример: 2 . 4 5 6 7 Е - 0 6 |

| ^мантисса ^порядок |

| Здесь буква "Е" отделяет мантиссу (совокупность значащих цифр числа с |

|десятичной точкой после первой) от порядка (показателя степени десятки в |

|стандартном виде числа). Вам предстоит научиться как читать числа в таком |

|виде, так и записывать. |

| Константы, представляющие собой строковые величины, заключаются в |

|апострофы. |

| Если одна и та же величина используется в программе несколько раз, то |

|удобнее было бы обозначить ее каким-нибудь именем и использовать это имя |

|везде, где требуется записать соответствующую константу. Кроме сокращения |

|размера исходного текста программы, это позволит избежать случайных ошибок,|

|а также упростит отладку программы. Описание именованных констант |

|начинается служебным словом Const. Далее следуют записи вида: |

|=; |

|Пример: |

|Const |

|Pi=3.14; |

|Name1='Татьяна'; |

|Name2='Виктор'; |

|R21=6.33187E+03; |

|W_W_W=934122; |

|Понятие переменной. Типы. |

| Данные, как вы знаете, хранятся в памяти компьютера, но для указания |

|на конкретную информацию очень неудобно все время записывать физические |

|адреса ячеек. Эта проблема в языках программирования высокого уровня, в |

|частности в Паскале, решена введением понятия переменной. Переменная в |

|Паскале - именованный участок памяти для хранения данных определенного |

|типа. Значение переменной (информация в соответствующих ячейках памяти) в |

|ходе выполнения программы может быть изменено. Константами же, как вы уже |

|знаете, называются величины, значение которых в ходе выполнения программы |

|изменено быть не может. Конкретные переменные и константы представляют |

|собой объекты уникальные и отличаются друг от друга именем. |

| В качестве данных в программах на языке Паскаль могут выступать числа,|

|символы, целые строки символов. Заметьте, что с этими различными видами |

|информации выполняются совершенно разные действия. Например, с числовыми |

|величинами производятся арифметические операции, чего невозможно сделать с |

|символьными. Кроме того, разные виды данных требуют различного объема |

|памяти для хранения. В соответствии с этими соображениями в языке Паскаль |

|введено понятие "Тип" (TYPE). Тип переменной указывает на то, какие данные |

|могут быть сохранены в этом участке памяти, и в каких действиях эта |

|переменная может участвовать. Существуют зарезервированные (базовые) типы в|

|языке Паскаль, но, как далее вы убедитесь, есть также возможность создавать|

|свои собственные, определяемые программистом типы переменных. |

| К базовым типам относятся: |

|тип целых чисел - Integer |

|тип "длинных" целых чисел - Longint |

|тип действительных (вещественных) чисел (то есть - с дробной частью) - Real|

| |

|тип неотрицательных целых чисел от 0 до 255 - Byte |

|тип неотрицательных целых чисел от 0 до 65535 - Word |

|символьный тип - Char |

|строковый тип - String |

|логический тип - Boolean |

| Физически типы данных отличаются друг от друга количеством ячеек |

|памяти (байтов), отводимых для хранения соответствующей переменной. |

|Логическое же отличие проявляется в интерпретации хранящейся информации. |

|Например, переменные типа Char и типа Byte занимают в памяти по одному |

|байту. Однако в первом случае содержимое ячейки памяти интерпретируется как|

|целое беззнаковое число, а во втором - как код (ASC) символа. |

| В отличие от констант, неименованных переменных не существует. Все |

|используемые в программе переменные должны быть описаны в соответствующем |

|разделе описания. |

| Раздел описания переменных начинается служебным словом Var, после |

|которого следуют записи следующего вида: :; |

| Список может состоять из нескольких имен (при этом они разделяются |

|запятыми), а также и из одного имени. Тип, указываемый после двоеточия, |

|определяет, какие данные теперь могут храниться в описанных таким образом |

|переменных. Для каждого используемого в программе типа переменных в разделе|

|их описания должна быть, как минимум, одна собственная строка. |

| Пример: |

|Var |

|A,B,H_22,Angle : Real; |

|Name3 : String; |

|Flag : Boolean; |

|I,J,K,Count : Word; |

|Оператор присваивания. Арифметические выражения. |

| Самым простым действием над переменной является занесение в нее |

|величины соответствующего типа. Иногда говорят об этом, как о присвоении |

|переменной конкретного значения. Такая команда (оператор) в общем виде |

|выглядит на языке Паскаль следующим образом: |

| :=; |

| Выражение, указанное справа от знака ":=", должно приводить к значению|

|того же типа, какого и сама переменная, или типа, совместимого с переменной|

|относительно команды присваивания. Например, переменной типа Real можно |

|присвоить значение типа Integer или Word (впрочем, наоборот делать нельзя).|

|Выражение будет сначала вычислено, затем, его результат будет положен в |

|ячейки памяти, отведенные для переменной. |

| Что же представляет собой выражение на языке Паскаль? Многое зависит |

|от типа выражения. Рассмотрим сначала выражения арифметические, то есть те,|

|результатом которых является число. |

| В состав арифметического выражения на языке Паскаль могут входить: |

|числовые константы; |

|имена переменных; |

|знаки математических операций; |

|математические функции и функции, возвращающие число; |

|открывающиеся и закрывающиеся круглые скобки. |

| Правила построения выражений напоминают математические с некоторыми |

|уточнениями. Выражение записывается в одну строку (никакой многоэтажности),|

|между операндами обязательно должен стоять знак операции (Запись "2x" - не |

|допускается), знаки некоторых операций и названия некоторых функций отличны|

|от привычных вам. |

| Операции: |

|+ сложение; |

|- вычитание; |

|/ деление; |

|* умножение; |

|MOD остаток от деления (записывается так: A MOD B; читается: остаток от|

|деления A на B); эта операция применима только к целым числам; |

|DIV целочисленное деление (записывается так A DIV B; читается: |

|результат деления A на B без дробной части); эта операция тоже применяется |

|только для целых операндов. |

| Аргументы функций всегда записываются в круглых скобках: |

|SIN(X) sin x; |

|COS(X) cos x; |

|ARCTAN(X) arctg x; |

|ABS(X) абсолютное значение x (в математике - |x|); |

|SQR(X) возведение x в квадрат; |

|SQRT(X) извлечение квадратного корня; |

|TRUNC(X) отбрасывание дробной части х; |

|ROUND(X) округление х до ближайшего целого числа; |

| После выполнения второго оператора присваивания в участке памяти, |

|отведенном под переменную R, окажется результат указанного выражения, |

|однако, к сожалению, узнать его мы не сможем, поскольку пока не имеем |

|возможности "заглянуть" в память машины, вывести значение переменной хотя |

|бы на экран. |

| |

|Составной оператор |

| Этот оператор, строго говоря, оператором не является. Дело в том, что |

|также как арифметические действия иногда бывает необходимо заключать в |

|скобки, последовательности команд (операторов) тоже иногда требуют |

|объединения. Это позволяют сделать так называемые операторные скобки. |

|Формат (общий вид) составного оператора таков: |

|Begin |

|; |

|; |

|...... |

| |

|End; |

| Возможно, такая структура напоминает вам основную структуру программы.|

|Действительно, отличие только в том, что после End в конце составного |

|оператора ставится точка с запятой, а в конце программы - точка. По своей |

|сути вся программа представляет собой большой составной оператор. |

| Обратите внимание на то, что точка с запятой перед End может не |

|ставиться. |

| Составной оператор предоставляет возможность выполнить произвольное |

|количество команд там, где подразумевается использование только одного |

|оператора. Как вы узнаете потом, такая необходимость встречается довольно |

|часто. |

| |

|Операторы ввода и вывода информации |

| Если вы помните, при рассмотрении примера работы оператора |

|присваивания мы столкнулись с необходимостью узнать результат выполнения |

|программы. Мы разобрались с тем, как информацию сохранять (в переменных), |

|как обрабатывать (с использованием выражений), но два фундаментальнейших |

|информационных процесса остались вне нашего внимания: получение информации |

|и передача ее во внешний по отношению к компьютеру мир. Пока наши программы|

|могут использовать лишь информацию, которая находится непосредственно в |

|тексте программы. Узнать, какие значения в данный момент имеют переменные, |

|также не представлялось возможным. Программирование в таких условиях теряет|

|смысл. |

| Взаимодействие устройств обработки и хранения информации с внешней |

|средой (хотя бы с пользователем) является совершенно необходимым. За такой |

|интерфейс в языке Паскаль отвечают операторы ввода-вывода информации. Эти |

|инструкции позволяют ввести аргументы, параметры расчетов во время |

|выполнения программы (а не на этапе ее написания), осуществить вывод |

|рассчитанных данных в понятном человеку виде. |

| Сначала операторы ввода (форматы операторов): |

|Read(); |

|Readln(); |

| В таком формате эти команды позволяют вводить данные в переменные во |

|время выполнения программы с клавиатуры. Элементами списка ввода могут быть|

|имена переменных, которые должны быть заполнены значениями, введенными с |

|клавиатуры. |

| Выполнение операторов ввода происходит так: ход программы |

|приостанавливается, на экран выводится курсор, компьютер ожидает от |

|пользователя набора данных для переменных, имена которых указаны в списке |

|ввода. Пользователь с клавиатуры вводит необходимые значения в том порядке,|

|в котором они требуются списком ввода, нажимает Enter. После этого |

|набранные данные попадают в соответствующие им переменные и выполнение |

|программы продолжается. |

| Примечание: данные при вводе разделяются пробелами. |

| Разница между работой процедур Read и Readln (от Read line) состоит в |

|следующем: после выполнения Read значение следующего данного считывается с |

|этой же строчки, а после выполнения Readln - с новой строки. |

| Для вывода информации в Паскале также есть две команды: |

|Write(); |

|Writeln(); |

| Такой формат использования Write и Writeln позволяет выводить на экран|

|монитора данные из списка вывода. Элементами списка вывода могут являться |

|имена переменных, выражения, константы. Прежде чем вывести на экран |

|компьютер значения выражений сначала вычислит. Элементы списка, также как и|

|в операторах ввода, разделяются запятыми. |

| Различие между двумя операторами вывода таково: после выполнения |

|оператора Writeln (от Write line) происходит переход на новую строчку, а |

|после выполнения инструкции Write, переход на новую строчку не происходит и|

|печать по последующим командам вывода Write или Writeln будет происходить |

|на той же строчке. При вызове оператора Writeln без параметров просто |

|происходит переход на новую строчку. |

| Приведем пример использования операторов ввода и вывода: |

|Program Inteface; |

|Var |

| R,S : Real; |

|Begin |

| Write('Введите радиус круга '); {Печать на экране просьбы о вводе} |

| Readln(R); Ввод значения в |

| S:=4*ARCTAN(1)*SQR(R); {Вычисление площади круга (pR2)} |

| Writeln('Площадь круга радиусом ',R,' равна ',S) |

|End. |

| Эта программа запрашивает у пользователя значение радиуса круга, |

|обеспечивает возможность ввести его значение, рассчитывает и выводит на |

|экран величину площади круга с таким радиусом. Таким образом, появляется |

|возможность, не внося изменений в текст программы, вводить различные |

|значения радиуса и получать, соответствующие им значения площади круга. Для|

|этого достаточно несколько раз запустить программу. Также эта программа |

|демонстрирует следующее правило: выдача результатов должна быть |

|прокомментирована так, чтобы был ясен смысл напечатанных чисел. |

|Действительно, ведь можно было бы ограничиться Writeln(S), но значение |

|выведенного программой числа в этом случае было бы ясно только тому, кто |

|эту программу написал. |

| |

|Метки. Оператор безусловного перехода. |

| Каждый дом на улице имеет свой номер, все люди имеют собственные |

|имена, даже ячейки памяти компьютера имеют каждая свой адрес. Все это |

|принято для того, чтобы иметь возможность однозначно указать на |

|определяемый объект. Точно также, для указания на операторы в программах |

|применяются метки. |

| Метка в стандарте языка Паскаль представляет собой целое |

|неотрицательное число. Все используемые в программе метки должны быть |

|перечислены в разделе описания меток, начинающемся служебным словом Label, |

|например: |

| Label 1, 2, 8; |

| Одной меткой можно пометить только один оператор. Метка от помеченного|

|оператора отделяется двоеточием. |

|Пример: |

| 6: Writeln(14/2); |

| Во всех приведенных ранее программах операторы выполнялись один за |

|другим в том порядке, в котором они были записаны в тексте. Такая |

|алгоритмическая структура называется прямым следованием. Однако, в языке |

|Паскаль изначально существует оператор, нарушающий прямолинейное выполнение|

|программы, передающий управление в произвольную ее точку. Такая инструкция |

|называется безусловным переходом и имеет такой формат: |

| Goto ; |

| Оператор, к которому происходит переход должен быть помечен данной |

|меткой. |

| Использовать оператор безусловного перехода следует крайне осторожно |

|во избежание получения ошибочных результатов или полного "зацикливания" |

|программы. Вообще, употребление данной команды среди программистов |

|считается дурным тоном. Как вы убедитесь, всегда существует возможность |

|обойтись без него. |

| |

|Условный оператор |

|Одной из основных алгоритмических структур является ветвление |

|(альтернатива). |

| Если условие выполняется, то будет выполнена инструкция "1", если нет,|

|то - инструкция "2". Несмотря на то, что в схеме присутствуют два действия,|

|выполнено будет только одно, так как условие либо ложно, либо истинно. |

|Третьего не дано. Такая схема позволяет решать задачи, в которых в |

|зависимости от сложившихся обстоятельств требуется совершить то или иное |

|действие. Нет никакого сомнения, что число задач такого рода огромно. Более|

|того, очень сложно придумать реально значимое задание, алгоритм выполнения |

|которого содержал бы в себе простое прямое следование команд. Даже |

|примитивный пример, взятый из курса математики, как вы увидите, не может |

|быть решен без использования ветвления. Итак, необходимо вычислить значение|

|выражения y=1/x. Вам известно, что данная функция не всегда имеет значение,|

|то есть не для всех значений аргумента существует значение результата. Наша|

|задача так составить алгоритм, чтобы исполнитель ни в коем случае не встал |

|в тупик, даже при получении нуля в качестве аргумента. Сформулировать это |

|на естественном языке не трудно: |

|1. Получить значение x. |

|2. Если x=0, то сообщить, что выражение значения не имеет, иначе - |

|вычислить y как 1/x. |

| Таким образом используется приведенная выше алгоритмическая структура.|

|Она может быть выражена простыми словами: |

| Если {Если выполняется условие} |

| то {то выполнить действие № 1 } |

| иначе {иначе - выполнить действие № 2 } |

|все |

| Как это записать на Паскале? Да точно так же, только по-английски. |

| Формат условного оператора на языке Паскаль: |

| If |

| Then |

| Else ; |

| Обратите внимание на то, что в Then- и Else- части стоит только один |

|оператор. Но что делать, чтобы решить задачу, в которой по выполнению или |

|невыполнению условия нужно совершить не одно, а несколько действий? Здесь |

|приходит на помощь уже известный вам составной оператор. В операторные |

|скобки можно заключить любое количество операторов. |

| Вариант условного оператора в этом случае: |

|If |

|Then Begin end |

|Else Begin < группа операторов 2> end; |

| Знак "точка с запятой" не ставится перед служебным словом Else, но |

|операторы в группах, естественно, отделяются друг от друга этим знаком. |

| Теперь поговорим об условиях. В программах на языке Паскаль условия |

|представляют собой выражения, значением которых является величина |

|логического (Boolean) типа. Это может быть как просто переменная указанного|

|типа, так и сложная последовательность высказываний, связанных логическими |

|операциями. |

| В простых условиях могут применяться знаки операций сравнения: |

Страницы: 1, 2