Лекции по "Языкам и методам программирования" (PascalABC)

Лекция 1. Представление алгоритмов на языке

Программирования ПаскальАВС.

В лекции рассматриваются  следующие вопросы:

1.Система программирования  Паскаль, назначение, основные функции,  состав.

2.Основные понятия  языка Pascal: символы, слова, величины.

3.Простые стандартные типы: целый и вещественный типы, логический тип данных, символьный тип данных.

4.Составные типы: перечислимый  и интервальный.

5.Стандартные функции, типы аргумента и функции.

6.Выражения и их типы: арифметические и логические выражения.

7.Структура программы.

 

1.Система программирования Pascal: назначение, основные функции, состав.

Язык программирования Паскаль  был разработан в 1968-1971 годах Никлаусом  Виртом. Язык был назван в честь  выдающегося французского математика и философа Блеза Паскаля (1623 – 1662) и первоначально создавался для обучения программированию как систематической дисциплине, однако вскоре он стал широко использоваться в профессиональном программировании.

Популярности языка Паскаль  среди программистов способствовали следующие факторы:

1.Благодаря своей компактности  и удачному первоначальному описанию  Паскаль оказался достаточно  легким для изучения.

2.Паскаль отражает  фундаментальные и наиболее важные  концепции (идеи) алгоритмов в  очевидной и легко воспринимаемой  форме, что предоставляет программисту средства, помогающие проектировать программы.

3.Язык позволяет четко  реализовать идеи структурного  программирования и структурной  организации данных.

4.Паскаль сыграл большую  роль в развитии методов аналитического  доказательства правильности программ и позволил реально перейти от методов отладки программ к системам автоматической проверки правильности программ.

5.Применение языка  Паскаль позволило значительно  поднять планку надежности разрабатываемых  программ за счет требований  языка к описанию используемых в программе переменных, проверки согласованности программы при компиляции без ее выполнения.

6.Использование в Паскаль  простых и гибких структур  управления: ветвления, циклов.

Трудоемкость создания сложных компьютерных программ и разнообразие средств, используемых в процессе разработки программы, компиляции и отладки, привело в 80-х годах ХХ века к созданию интеграции этих средств. В те годы фирма Borland International (США) разработала систему Тurbo Pascal, которую называют интегрированной средой программирования, так как она объединяет в себе возможности ранее разрозненных средств, используемых при разработке программ:

1.Редактора текстов программ, который позволяет вносить исправления в текст программы, выделять отдельные фрагменты программы, копировать эти фрагменты, удалять, восстанавливать, выделять цветом отдельные слова, поддержка мыши, возможность открытия окон, которые можно перемещать и изменять в размере и т.п..

2.Компилятора программ. Поскольку текст программы, записанный на Pascal, непонятен компьютеру, требуется перевести его на машинный язык. Такой перевод программы с языка программирования на язык машинных кодов называется трансляцией, а выполняется специальными программами – трансляторами. Любой транслятор решает следующие основные задачи:

• Анализирует транслируемую программу, в частности, определяет, содержит ли она синтаксические ошибки.
• Генерирует выходную программу на языке машинных команд.
• Распределяет память для программы (в простейшем случае это заключается в назначении каждому фрагменту программы, переменных, константам, массивам и другим объектам программы адресов памяти).

Существует два вида трансляторов:

• Интерпретатор – это транслятор, производящий пооператорный перевод в машинные коды, запись в память и выполнение этого оператора. Таким образом, интерпретатор переводит в машинные коды один оператор, если нет ошибок, то выполняет его, и только после этого переходит к следующему оператору.
• Компилятор преобразует (транслирует) всю программу целиком в модуль на машинном языке, после чего программа записывается в память компьютера и только потом исполняется.

3.Отладчика программ.

4.Справочной системы языка.

 

2.Основные понятия языка Pascal: символы, слова, величины.

Языки программирования, как и любые другие языки, имеют свой алфавит. Алфавит языка программирования Pascal состоит из символов трех видов:

• Прописные и строчные буквы латинского алфавита: A, B, C, D, T, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z, причем прописная и строчная буква считаются одним символом.
• Арабские цифры 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.
• Специальные символы: (, ), [, ], {, },  ’ (апостроф), . (точка), , (запятая), : (двоеточие), ; (точка с запятой), + (плюс), - (минус), * (звездочка), / (правый слеш), = (равно), > (больше), < (меньше), _ (знак подчеркивания), пробел (не имеет начертания).

Из символов алфавита составляются слова. Слова бывают двух типов:

• зарезервированные (служебные) – это слова, которые придумали разработчики языка программирования, вложили в них определенный смысл, который остается постоянным для всех программ языка Паскаль (например: begin, while, For, Repeat);
• идентификаторы (имена) – это слова, которые придумывает программист, смысл этих слов сохраняется только в рамках одной программы. Идентификатор может состоять из букв и цифр, но на первом месте должна стоять буква. Также в именах можно использовать знак подчеркивания. Другие специальные символы в именах использовать нельзя. Количество символов в имени не должно превышать 126. Однако пользоваться очень длинными именами неудобно, поэтому на практике используют короткие имена.

Примеры:

• 32а – ошибка в том, что идентификатор начинается с цифры;
• АВ С   –  ошибка в том, что идентификатор содержит запрещенный знак – пробел;
• Begin – это служебное слово, а не идентификатор;
• Beta1 – правильная запись идентификатора;
• Тэма – ошибка в том, что идентификатор содержит русские буквы «э» и «м»;
• а_2_С – правильная запись идентификатора;
• РоМа – нельзя судить о правильности записи данного идентификатора, так как по внешнему виду нельзя определить состоит ли данный идентификатор только из латинских букв, или там есть и русские буквы.

При составлении программы программист  может использовать разные величины.

Константа – это величина, которая в данной программе никогда не изменяется. Константы бывают:

• Текстовая константа может состоять из любых символов, которые есть на клавиатуре компьютера, независимо от того, входит этот символ в алфавит языка программирования Pascal или нет, и последовательность этих символов должна обязательно заключаться в апострофы.

Примеры текстовых констант:  ’Ученик 8 «А» класса’,   ’Саша + Маша’,  ’200$’,   ’*****’,   ’5 + 3<10’.

• Числовая константа – это:

• Целое число со знаком или без него. Например:  3458,  –876, 37105.
• Вещественное число, в котором целая часть от дробной отделяется точкой. Например:  3.5,  –0.8713,   9801.003.

Целые и вещественные числа могут  быть представлены в двух формах:

• Обычная форма записи чисел. Например: –45, 7.004.
• Нормализованная форма. Например: а) число 47.561 можно записать как 4.7561×10¹, а в нормализованной форме запишется 4.7561Е01; б) число 0.00023 можно записать как 2.3×10^—4, а в нормализованной форме запишется 2.3Е–04.

В общем виде нормализованную форму  числа можно записать так:  mEn, где m называется мантиссой числа, n называется порядком числа. Мантисса числа в своей целой части должна содержать одну цифру. Буква Е заменяет число 10. Порядок числа – это степень числа 10.

Текстовым и числовым константам можно  давать имена (идентификаторы). Например, константе 4.789 дадим имя SUM, а константе ’Учение’ дадим имя В. Тогда имена и значения этих констант нужно обязательно объявить в разделе описаний (объявлений) в подразделе, который начинается словом CONSТ, следующим образом:

Const      Sum=4.789;  B=’Учение’;

Типы констант определяются по их значениям и форме записи. Так в нашем примере, значение константы Sum  – вещественное число, значит и сама константа Sum – вещественного типа; значение константы В – набор символов, заключенный в апострофы, значит константа В текстового типа. Если значение константы будет целое число, то и сама константа будет целого типа.

Такие константы являются константами  пользователя, т.е. они имеют смысл  и не меняются только в рамках одной  той программы, где используются.

В языке Pascal имеются следующие служебные (стандартные) константы, которые не меняются во всех программах языка ПаскальАВС:

Обозначение константы	Тип константы	Значение константы
Pi	Вещественное значение	3.14159265358979
MaxInt	Целое значение	Максимальное значение типа integer: 2147483647
MaxReal	Вещественное значение	Максимальное значение типа real: 1.7E308
MinReal	Вещественное значение	Минимальное положительное значение типа real: 4.94065645841247E-324

 Эти константы в  разделе Const объявлять не нужно, так как они стандартные.

Переменная – это величина, которая может менять свое значение при выполнении программы.  Каждой переменной в программе пользователь дает свое имя – идентификатор.

Все переменные, которые будут использоваться в программе должны быть объявлены  в разделе описаний в подразделе, который начинается служебным словом VAR. После служебного слова идет список имен переменных. Имена переменных отделяются друг от друга запятой. После списка ставится двоеточие и записывается служебное слово, которое указывает тип, указанных в списке переменных.

 

3.Простые стандартные типы.

• Целые и вещественные типы.

Тип integer (целый). Значения этого типа занимают 4 байта и находятся в диапазоне от -2147483648 до 2147483647.

Тип byte (беззнаковый целый). Значения этого типа занимают 1 байт и находятся в диапазоне от 0 до 255.

Тип word (беззнаковый целый). Значения этого типа занимают 2 байта и находятся в диапазоне от 0 до 65535.

Тип real (вещественный). Значения вещественного типа занимают 8 байт, содержат 15-16 значащих цифр и по модулю не могут превосходить величины 1.7∙10³⁰⁸. Самое маленькое положительное число вещественного типа равно 5.0∙10^-324.

Пример. В программе  будут использоваться переменные а, в, с – целого типа,  x, y вещественного типа, а также константы z, q.

Const z=’Хорошо учись!’;

            q= – 5637;

Var     a, b, c: Integer;

          x, y: Real;

• Логический тип.

Для объявления переменных логического типа используется служебное слово Boolean. Логическая переменная может принимать одно из двух значений логических констант  True или False (т.е. истина или ложь) и занимает 1 байт.

• Символьный тип данных.

Тип char (символьный). Значения этого типа занимают 1 байт и представляют собой символы в кодировке Windows.

 

4.Составные типы.

• Перечислимый тип.

Перечислимый тип относится к пользовательским типам, т.е. это такой тип, который разрабатывает пользователь и этот тип имеет смысл только в рамках данной одной программы.

Перечислимый  тип определяется как упорядоченный набор идентификаторов путем их перечисления через запятую и ограниченного круглыми скобками.

Объявляются такие типы в разделе описаний следующим  образом:

Type имя_типа = (Список констант через запятую);

Var  имя_переменной : имя_типа;

Например, при решении  некоторой задачи нам нужны дни  недели: Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday.  Дадим имя типу Week. Тогда объявление такого типа будет выглядеть следующим образом:

Type Week=(Monday,Tuesday,Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday);

Var   day: Week;

После такого объявления переменная day  может принимать только те значения, которые перечислены в круглых скобках в разделе Type.

Данные перечислимого  типа – это порядковые данные. Порядковый номер первого значения в списке равен 0. Значение перечислимого типа занимает в памяти 4 байта.

• Интервальный тип.

Интервальный  тип тоже относится к пользовательским типам

Интервальный тип данных определяется с помощью задания подмножеств значений из ранее определенных в данной программе типов. Диапазон значений интервального типа задается с помощью любого стандартного простого типа данных, за исключением вещественного типа.

При задании диапазона  указывается наименьшее и наибольшее значение, которое могут принять  переменные. В общем виде объявление интервального типа можно записать следующим образом:

Type имя_типа = минимальное_значение .. максимальное_значение;

Var   имя_переменной :  имя_типа;

Тип, на основе которого строится интервальный тип, называется базовым для этого интервального типа. Значения интервального типа занимают 4 байта. Обычно такие типы применяются для контроля значений, которые может принимать переменная, а также для экономии памяти.