Kitobni o'qish: «Информатика и информационные технологии: конспект лекций»
ЛЕКЦИЯ № 1. Введение в информатику
1. Информатика. Информация. Представление и обработка информации
Информатика занимается формализованным представлением объектов и структур их взаимосвязей в различных областях науки, техники, производства. Для моделирования объектов и явлений используются различные формальные средства, например логические формулы, структуры данных, языки программирования и др.
В информатике такое фундаментальное понятие, как информация имеет различные значения:
1) формальное представление внешних форм информации;
2) абстрактное значение информации, ее внутреннее содержание, семантика;
3) отношение информации к реальному миру.
Но, как правило, под информацией понимают ее абстрактное значение – семантику. Интерпретируя представления информации, мы получим ее смысл, семантику. Поэтому, если мы хотим обмениваться информацией, нам необходимы согласованные представления, чтобы не нарушалась правильность интерпретации. Для этого интерпретацию представления информации отождествляют с некоторыми математическими структурами. В этом случае обработка информации может быть выполнена строгими математическими методами.
Одно из математических описаний информации – это представление ее в виде функции у =f(x, t), где t – время, х – точка некоторого поля, в которой измеряется значение у. В зависимости от параметров функции хи(информацию можно классифицировать.
Если параметры – скалярные величины, принимающие непрерывный ряд значений, то полученная таким образом информация называется непрерывной (или аналоговой). Если же параметрам придать некоторый шаг изменений, то информация называется дискретной. Дискретная информация считается универсальной, так как для каждых конкретных параметров можно получить значение функции с заданной степенью точности.
Дискретную информацию обычно отождествляют с цифровой информацией, которая является частным случаем символьной информации алфавитного представления. Алфавит – конечный набор символов любой природы. Очень часто в информатике возникает ситуация, когда символы одного алфавита надо представить символами другого, т. е. провести операцию кодирования. Если количество символов кодируемого алфавита меньше количества символов кодирующего алфавита, то сама операция кодирования не является сложной, в противном случае необходимо использовать фиксированный набор символов кодирующего алфавита для однозначного правильного кодирования.
Как показала практика, наиболее простым алфавитом, позволяющим кодировать другие алфавиты, является двоичный, состоящий из двух символов, которые обозначаются, как правило, через О и 1. С помощью n символов двоичного алфавита можно закодировать 2п символов, а этого достаточно, чтобы закодировать любой алфавит.
Величина, которая может быть представлена символом двоичного алфавита, называется минимальной единицей информации или битом. Последовательность из 8 бит – байт. Алфавит, содержащий 256 различных 8-битных последовательностей, называется байтовым.
В качестве стандартного сегодня в информатике принят код, в котором каждый символ кодируется 1 байтом. Существуют и другие алфавиты.
2. Системы счисления
Под системой счисления подразумевается набор правил наименования и записи чисел. Различают позиционные и непозиционные системы счисления.
Система счисления называется позиционной, если значение цифры числа зависит от местоположения цифры в числе. В противном случае она называется непозиционной. Значение числа определяется по положению этих цифр в числе.
3. Представление чисел в ЭВМ
32-разрядные процессоры могут работать с оперативной памятью емкостью до 232-1, а адреса могут записываться в диапазоне 00000000 – FFFFFFFF. Однако в реальном режиме процессор работает с памятью до 220-1, а адреса попадают в диапазон 00000 – FFFFF. Байты памяти могут объединяться в поля как фиксированной, так и переменной длины. Словом называется поле фиксированной длины, состоящее из 2 байтов, двойным словом – поле из 4 байтов. Адреса полей бывают четные и нечетные, при этом для четных адресов операции выполняются быстрее.
Числа с фиксированной точкой в ЭВМ представляются как целые двоичные числа, и занимаемый ими объем может составлять 1, 2 или 4 байта.
Целые двоичные числа представляются в дополнительном коде, соответственно числа с фиксированной точкой представляются в дополнительном коде. При этом если число занимает 2 байта, то структура числа записывается по следующему правилу: старший разряд отводится под знак числа, а остальные – под двоичные цифры числа. Дополнительный код положительного числа равен самому числу, а дополнительный код отрицательного числа может быть получен по такой формуле: х = 10и – \х\, где n – разрядность числа.
В двоичной системе счисления дополнительный код получается путем инверсии разрядов, т. е., заменой единиц нулями и наоборот, и прибавлением единицы к младшему разряду.
Количество битов мантиссы определяет точность представления чисел, количество битов машинного порядка определяет диапазон представления чисел с плавающей точкой.
4. Формализованное понятие алгоритма
Алгоритм может существовать только тогда, когда в то же самое время существует некоторый математический объект. Формализованное понятие алгоритма связано с понятием рекурсивных функций, нормальных алгоритмов Маркова, машин Тьюринга.
В математике функция называется однозначной, если для любого набора аргументов существует закон, по которому определяется единственное значение функции. В качестве такого закона может выступать алгоритм; в этом случае функция называется вычислимой.
Рекурсивные функции – это подкласс вычислимых функций, а алгоритмы, определяющие вычисления, называются сопутствующими алгоритмами рекурсивных функций. Сначала фиксируются базовые рекурсивные функции, для которых сопутствующий алгоритм тривиален, однозначен; затем вводятся три правила – операторы подстановки, рекурсии и минимизации, при помощи которых на основе базовых функций получаются более сложные рекурсивные функции.
Базовыми функциями и их сопутствующими алгоритмами могут выступать:
1) функция n независимых переменных, тождественно равная нулю. Тогда, если знаком функции является φn, то независимо от количества аргументов значение функции следует положить равным нулю;
2) тождественная функция n независимых переменных вида ψni. Тогда, если знаком функции является ψni, то значением функции следует взять значение i-го аргумента, считая слева направо;
3) Λ – функция одного независимого аргумента. Тогда, если знаком функции является λ, то значением функции следует взять значение, следующее за значением аргумента. Разные ученые предлагали свои подходы к формализованному
представлению алгоритма. Например, американский ученый Черч предположил, что класс вычислимых функций исчерпывается рекурсивными функциями и, как следствие, каким бы ни был алгоритм, перерабатывающий один набор целых неотрицательных чисел в другой, найдется алгоритм, сопутствующий рекурсивной функции, эквивалентный данному. Следовательно, если для решения некоторой поставленной задачи нельзя построить рекурсивную функцию, то и не существует алгоритма для ее решения. Другой ученый, Тьюринг, разработал виртуальную ЭВМ, которая перерабатывала входную последовательность символов в выходную. В связи с этим им был выдвинут тезис, что любая вычислимая функция вычислима по Тьюрингу.
ЛЕКЦИЯ № 2. Язык Pascal
1. Введение в язык Pascal
Основные символы языка – буквы, цифры и специальные символы – составляют его алфавит. Язык Pascal включает следующий набор основных символов:
1) 26 латинских строчных и 26 латинских прописных букв:
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz;
2) _ (знак подчеркивания);
3) 10 цифр: 0123456789;
4) знаки операций:
+ – х / = <> < > <= >= := @;
5) ограничители:
. , ' ( ) [ ] (. .) { } (* *) .. : ;
6) спецификаторы: ^ # $;
7) служебные (зарезервированные) слова:
ABSOLUTE, ASSEMBLER, AND, ARRAY, ASM, BEGIN, CASE, CONST, CONSTRUCTOR, DESTRUCTOR, DIV, DO, DOWNTO, ELSE, END, EXPORT, EXTERNAL, FAR, FILE, FOR, FORWARD, FUNCTION, GOTO, IF, IMPLEMENTATION, IN, INDEX, INHERITED, INLINE, INTERFACE, INTERRUPT, LABEL, LIBRARY, MOD, NAME, NIL, NEAR, NOT, OBJECT, OF, OR, PACKED, PRIVATE, PROCEDURE, PROGRAM, PUBLIC, RECORD, REPEAT, RESIDENT, SET, SHL, SHR, STRING, THEN, TO, TYPE, UNIT, UNTIL, USES, VAR, VIRTUAL, WHILE, WITH, XOR.
Кроме перечисленных, в набор основных символов входит пробел. Пробелы нельзя использовать внутри сдвоенных символов и зарезервированных слов.
Концепция типа для данных
В математике принято классифицировать переменные в соответствии с некоторыми важными характеристиками. Производится строгое разграничение между вещественными, комплексными и логическими переменными, между переменными, представляющими отдельные значения и множество значений, и т. д. При обработке данных на ЭВМ такая классификация еще более важна. В любом алгоритмическом языке каждая константа, переменная, выражение или функция бывают определенного типа.
В языке Pascal существует правило: тип явно задается в описании переменной или функции, которое предшествует их использованию. Концепция типа языка Pascal имеет следующие основные свойства:
1) любой тип данных определяет множество значений, к которому принадлежит константа, которые может принимать переменная или выражение либо вырабатывать операция или функция;
2) тип значения, задаваемого константой, переменной или выражением, можно определить по их виду или описанию;
3) каждая операция или функция требуют аргументов фиксированного типа и выдают результат фиксированного типа.
Отсюда следует, что транслятор может использовать информацию о типах для проверки вычислимости и правильности различных конструкций.
Тип определяет:
1) возможные значения переменных, констант, функций, выражений, принадлежащих к данному типу;
2) внутреннюю форму представления данных в ЭВМ;
3) операции и функции, которые могут выполняться над величинами, принадлежащими к данному типу.
Следует заметить, что обязательное описание типа приводит к избыточности в тексте программ, но такая избыточность является важным вспомогательным средством разработки программ и рассматривается как необходимое свойство современных алгоритмических языков высокого уровня.
В языке Pascal существуют скалярные и структурированные типы данных. К скалярным типам относятся стандартные типы и типы, определяемые пользователем. Стандартные типы включают целые, действительные, символьный, логические и адресный типы.
Целые типы определяют константы, переменные и функции, значения которых реализуются множеством целых чисел, допустимых в данной ЭВМ.
Действительные типы определяет те данные, которые реализуются подмножеством действительных чисел, допустимых в данной ЭВМ.
Типы, определяемые пользователем, – перечисляемый и интервальный. Структурированные типы имеют четыре разновидности: массивы, множества, записи и файлы.
Кроме перечисленных, Pascal включает еще два типа – процедурный и объектный.
Выражение языка состоит из констант, переменных, указателей функций, знаков операций и скобок. Выражение задает правило вычисления некоторого значения. Порядок вычисления определяется старшинством (приоритетом) содержащихся в нем операций. В языке Pascal принят следующий приоритет операций:
1) вычисления в круглых скобках;
2) вычисления значений функций;
3) унарные операции;
4) операции *, /, div, mod, and;
5) операции +, —, or, xor;
6) операции отношения =, <>, <, >, <=, >=.
Выражения входят в состав многих операторов языка Pascal, – также могут быть аргументами встроенных функций.
2. Стандартные процедуры и функции
Арифметические функции
1. Function Abs(X);
Возвращает абсолютное значение параметра.
X – выражение вещественного или целочисленного типа.
2. Function ArcTan(X: Extended): Extended;
Возвращает арктангенс аргумента.
X – выражение вещественного или целочисленного типа.
3. Function Ехр(Х: Real): Real;
Возвращает экспоненту.
X – выражение вещественного или целочисленного типа.
4. Function Frac(X: Real): Real;
Возвращает дробную часть аргумента.
X – выражение вещественного типа. Результат – дробная часть X, т. е.
Frac (X) = X–Int (X).
5. Function Int(X: Real): Real;
Возвращает целочисленную часть аргумента.
X – выражение вещественного типа. Результат – целочисленная часть X, т. е. X, округленный к нулю.
6. Function Ln(X: Real): Real;
Возвращает натуральный логарифм (Ln е = 1) выражения X вещественного типа.
7. Function Pi: Extended;
Возвращает значение Pi, которое определено как 3.1415926535.
8. Function Sin(X: Extended): Extended;
Возвращает синус аргумента.
X – выражение вещественного типа. Sin возвращает синус угла X в радианах.
9. Function Sqr(X: Extended): Extended;
Возвращает квадрат аргумента.
X – выражение с плавающей запятой. Результат того же самого типа, что и X.
10. Function Sqrt(X: Extended): Extended;
Возвращает квадратный корень аргумента.
X – выражение с плавающей запятой. Результат – квадратный корень X.
Процедуры и функции преобразования величин
1. Procedure Str(X [: Width [: Decimals]]; var S);
Преобразовывает число X в строковое представление согласно
Width и параметрам форматирования Decimals. X – выражение вещественного или целого типа. Width и Decimals – выражения целого типа. S – переменная типа String или символьный массив с нулевым окончанием, если допускается расширенный синтаксис.
2. Function Chr(X: Byte): Char;
Возвращает символ с порядковым номером X в ASCII-таблице.
3. Function High(X);
Возвращает наибольшее значение в диапазоне параметра.
4. Function Low(X);
Возвращает наименьшее значение в диапазоне параметра.
5. Function Ord(X): Longint;
Возвращает порядковое значение выражения перечислимого типа. X – выражение перечислимого типа.
6. Function Round(X: Extended): Longint;
Округляет значение вещественного типа до целого. X – выражение вещественного типа. Round возвращает значение Longint, которое является значением X, округленным до ближайшего целого числа. Если X находится точно посередине между двумя целыми числами, возвращается число с наибольшей абсолютной величиной. Если округленное значение X выходит за диапазон Longint, генерируется ошибка времени выполнения программы, которую вы можете обработать с использованием исключительной ситуации EInvalidOp.
7. Function Trunc(X: Extended): Longint;
Усекает значение вещественного типа до целого. Если округленное значение X выходит за диапазон Longint, генерируется ошибка времени выполнения программы, которую вы можете обработать с использованием исключительной ситуации EInvalidOp.
8. Procedure Val(S; var V; var Code: Integer);
Преобразовывает число из строкового значения S в числовое
представление V. S – выражение строкового типа – последовательность символов, которая формирует целое или вещественное число. Если выражение S недопустимо, индекс неверного символа сохраняется в переменной Code. В противном случае Code устанавливается в нуль.
Процедуры и функции работы с порядковыми величинами
1. Procedure Dec(varX [; N: Longlnt]);
Вычитает единицу или N из переменной X. Dec(X) соответствует X:= X – 1, и Dec(X, N) соответствует X:= X – N. X – переменная перечислимого типа или типа PChar, если допускается расширенный синтаксис, и N – выражение целочисленного типа. Процедура Dec генерирует оптимальный код и особенно полезна в длительных циклах.
2. Procedure Inc(varX [; N: Longlnt]);
Прибавляет единицу или N к переменной X. X – переменная перечислимого типа или типа PChar, если допускается расширенный синтаксис, и N – выражение целочисленного типа. Inc (X) соответствует инструкции X:= X + 1, и Inc (X, N) соответствует инструкции X:= X + N. Процедура Inc генерирует оптимальный код и особенно полезна в длительных циклах.
3. Function Odd(X: Longlnt): Boolean;
Возвращает True, если X – нечетное число, и False – в противном случае.
4. Function Pred(X);
Возвращает предыдущее значение параметра. X – выражение перечислимого типа. Результат того же самого типа.
5. Function Succ(X);
Возвращает следующее значение параметра. X – выражение перечислимого типа. Результат того же самого типа.
3. Операторы языка Pascal
Условный оператор
Формат полного условного оператора определяется следующим образом: If В then SI else S2; где В – условие разветвления (принятия решения), логическое выражение или отношение; SI, S2 – один выполняемый оператор, простой или составной.
При выполнении условного оператора сначала вычисляется выражение В, затем анализируется его результат: если В – истинно, то выполняется оператор S1 – ветвь then, а оператор S2 пропускается; если В – ложно, то выполняется оператор S2 – ветвь else, а оператор S1 – пропускается.
Также существует сокращенная форма условного оператора. Она записывается в виде: If В then S.
Оператор выбора
Структура оператора имеет следующий вид:
case S of
c1: insruction1;
c2: insruction2;
…
cn: insructionN;
else instruction
end;
где S – выражение порядкового типа, значение которого вычисляется;
с1, с2…., сп – константы порядкового типа, с которыми сравниваются выражения
S; instruction1,…, instructionN – операторы, из которых выполняется тот, с константой которого совпадает значение выражения S;
instruction – оператор, который выполняется, если значение выражения Sylq совпадает ни с одной из констант c1, с2…. сn.
Данный оператор является обобщением условного оператора If для произвольного числа альтернатив. Существует сокращенная форма оператора, при которой ветвь else отсутствует.
Оператор цикла с параметром
Операторы цикла с параметром, которые начинаются со слова for, вызывают повторяющееся выполнение оператора, который может быть составным оператором, пока управляющей переменной присваивается возрастающая последовательность значений.
Общий вид оператора for:
for <счетчик цикла> := <начальное значение> to <конечное значение> do <оператор>;
Когда начинает выполняться оператор for, начальное и конечное значения определяются один раз, и эти значения сохраняются на протяжении всего выполнения оператора for. Оператор, который содержится в теле оператора for, выполняется один раз для каждого значения в диапазоне между начальным и конечным значением. Счетчик цикла всегда инициализируется начальным значением. Когда работает оператор for, значение счетчика цикла увеличивается при каждом повторении на единицу. Если начальное значение превышает конечное значение, то содержащийся в теле оператора for оператор не выполняется. Когда в операторе цикла используется ключевое слово downto, значение управляющей переменной уменьшается при каждом повторении на единицу. Если начальное значение в таком операторе меньше, чем конечное значение, то содержащийся в теле оператора цикла оператор не выполняется.
Если оператор, содержащийся в теле оператора for, изменяет значение счетчика цикла, то это является ошибкой. После выполнения оператора for значение управляющей переменной становится неопределенным, если только выполнение оператора for не было прервано с помощью оператора перехода.
Оператор цикла с предусловием
Оператор цикла с предусловием (начинающийся с ключевого слова while) содержит в себе выражение, которое управляет повторным выполнением оператора (который может быть составным оператором). Форма цикла:
While B do S;
где B – логическое условие, истинность которого проверяется (оно является условием завершения цикла);
S – тело цикла – один оператор.
Выражение, с помощью которого осуществляется управление повторением оператора, должно иметь логический тип. Вычисление его производится до того, как внутренний оператор будет выполнен. Внутренний оператор выполняется повторно до тех пор, пока выражение принимает значение Тruе. Если выражение с самого начала принимает значение False, то оператор, содержащийся внутри оператора цикла с предусловием, не выполняется.
Оператор цикла с постусловием
В операторе цикла с постусловием (начинающимся со слова repeat) выражение, которое управляет повторным выполнением последовательности операторов, содержится внутри оператора repeat. Форма цикла:
repeat S until B;
где B – логическое условие, истинность которого проверяется (оно является условием завершения цикла);
S – один или более операторов тела цикла.
Результат выражения должен быть логического типа. Операторы, заключенные между ключевыми словами repeat и until, выполняются последовательно до тех пор, пока результат выражения не примет значение True. Последовательность операторов выполнится, по крайней мере, один раз, поскольку вычисление выражения производится после каждого выполнения последовательности операторов.
ЛЕКЦИЯ № 3. Процедуры и функции
1. Понятие вспомогательного алгоритма
Алгоритм решения задачи проектируется путем декомпозиции всей задачи в отдельные подзадачи. Обычно подзадачи реализуются в виде подпрограмм.
Подпрограмма – это некоторый вспомогательный алгоритм, многократно использующийся в основном алгоритме с различными значениями некоторых входящих величин, называемых параметрами.
Подпрограмма в языках программирования – это последовательность операторов, которые определены и записаны только в одном месте программы, однако их можно вызвать для выполнения из одной или нескольких точек программы. Каждая подпрограмма определяется уникальным именем.
В языке Pascal существуют два типа подпрограмм – процедуры и функции. Процедура и функция – это именованная последовательность описаний и операторов. При использовании процедур или функций программа должна содержать текст процедуры или функции и обращение к процедуре или функции. Параметры, указанные в описании, называются формальными, указанные в обращении подпрограммы – фактическими. Все формальные параметры можно разбить на следующие категории:
1) параметры-переменные;
2) параметры-константы;
3) параметры-значения;
4) параметры-процедуры и параметры-функции, т. е. параметры процедурного типа;
5) нетипизированные параметры-переменные.
Тексты процедур и функций помещаются в раздел описаний процедур и функций.
Передача имен процедур и функций в качестве параметров
Во многих задачах, особенно в задачах вычислительной математики, необходимо передавать имена процедур и функций в качестве параметров. Для этого в TURBO PASCAL введен новый тип данных – процедурный, или функциональный, в зависимости от того, что описывается. (Описание процедурных и функциональных типов приводится в разделе описания типов.)
Функциональный и процедурный тип определяется как заголовок процедуры и функции со списком формальных параметров, но без имени. Можно определить функциональный, или процедурный тип без параметров, например:
type
Proc = Procedure;
После объявления процедурного, или функционального, типа его можно использовать для описания формальных параметров – имен процедур и функций. Кроме того, необходимо написать те реальные процедуры или функции, имена которых будут передаваться как фактические параметры.
2. Процедуры в Pascal
Каждое описание процедуры содержит заголовок, за которым следует программный блок. Общий вид заголовка процедуры следующий:
Procedure <имя> [(<список формальных параметров>)];
Процедура активизируется с помощью оператора процедуры, в котором содержатся имя процедуры и необходимые параметры. Операторы, которые должны выполняться при запуске процедуры, содержатся в операторной части модуля процедуры. Если в содержащемся в процедуре операторе внутри модуля процедуры используется идентификатор процедуры, то процедура будет выполняться рекурсивно, т. е. будет при выполнении обращаться сама к себе.
3. Функции в Pascal
Описание функции определяет часть программы, в которой вычисляется и возвращается значение. Общий вид заголовка функции следующий:
Function <имя > [(<список формальных параметров>)]: <тип возвращаемого результата >;
Функция активизируется при ее вызове. При вызове функции указываются идентификатор функции и какие-либо параметры, необходимые для ее вычисления. Вызов функции может включаться в выражения в качестве операнда. Когда выражение вычисляется, функция выполняется и значением операнда становится значение, возвращаемое функцией.
В операторной части блока функции задаются операторы, которые должны выполняться при активизации функции. В модуле должен содержаться, по крайней мере, один оператор присваивания, в котором идентификатору функции присваивается значение. Результатом функции является последнее присвоенное значение. Если такой оператор присваивания отсутствует или он не был выполнен, то значение, возвращаемое функцией, не определено.
Если идентификатор функции используется при вызове функции внутри модуля, то функция выполняется рекурсивно.
4. Опережающие описания и подключение подпрограмм. Директива
В программе может содержаться несколько подпрограмм, т. е. структура программы может быть усложнена. Однако эти подпрограммы могут располагаться на одном уровне вложенности, поэтому сначала должно идти описание подпрограммы, а затем обращение к ней, если только не используется специальное опережающее описание.
Описание процедуры, содержащее вместо блока операторов директиву forward, называется опережающим описанием. В каком-либо месте после этого описания с помощью определяющего описания процедура должна определяться. Определяющее описание – это описание, в котором используется тот же идентификатор процедуры, но опущен список формальных параметров, и в которое включен блок операторов. Описание forward и определяющее описание должны присутствовать в одной и той же части описания процедуры и функции. Между ними могут описываться другие процедуры и функции, которые могут обращаться к процедуре с опережающим описанием. Таким образом, возможна взаимная рекурсия.
Опережающее описание и определяющее описание представляют собой полное описание процедуры. Процедура считается описанной с помощью опережающего описания.
Если в программе будет содержаться довольно много подпрограмм, то программа перестанет быть наглядной, в ней будет тяжело ориентироваться. Во избежание этого некоторые подпрограммы хранят в виде исходных файлов на диске, а при необходимости они подключаются к основной программе на этапе компиляции при помощи директивы компиляции.
Директива – это специальный комментарий, который может быть размещен в любом месте программы, там, где может находиться и обычный комментарий. Однако они различаются тем, что у директивы имеется специальная форма записи: сразу после закрывающей скобки без пробела записывается знак S, а затем, опять же без пробела, указывается директива.
Пример
1) {SE+} – эмулировать математический сопроцессор;
2) {SF+} —формировать дальний тип вызова процедур и функций;
3) {SN+} – использовать математический сопроцессор;
4) {SR+} – проверять выход за границы диапазонов.
Некоторые ключи компиляции могут содержать параметр, например:
{$1 имя файла} – включить в текст компилируемой программы названный файл.
ЛЕКЦИЯ № 4. Подпрограммы
1. Параметры подпрограмм
В описании процедуры или функции задается список формальных параметров. Каждый параметр, описанный в списке формальных параметров, является локальным по отношению к описываемой процедуре или функции, и в модуле, связанном с данной процедурой или функцией, на него можно ссылаться по его идентификатору.
Существуют три типа параметров: значение, переменная и нетипизированная переменная. Они характеризуются следующим.
1. Группа параметров без предшествующего ключевого слова является списком параметров-значений.
2. Группа параметров, перед которыми следует ключевое слово const и за которыми следует тип, является списком параметров-констант.
3. Группа параметров, перед которыми стоит ключевое слово var и за которыми следует тип, является списком нетипизированных параметров-переменных.
4. Группа параметров, перед которыми стоит ключевое слово var или const, за которыми не следует тип, является списком нетипизированных параметров-переменных.
2. Типы параметров подпрограмм
Параметры-значения
Формальный параметр-значение обрабатывается как локальная по отношению к процедуре или функции переменная, за исключением того, что он получает свое начальное значение из соответствующего фактического параметра при активизации процедуры или функции. Изменения, которые претерпевает формальный параметр-значение, не влияют на значение фактического параметра. Соответствующее фактическое значение параметра-значения должно быть выражением, и его значение не должно иметь файловый тип или какой-либо структурный тип, содержащий в себе файловый тип.
Фактический параметр должен иметь тип, совместимый по присваиванию с типом формального параметра-значения. Если параметр имеет строковый тип, то формальный параметр будет иметь атрибут размера, равный 255.
Параметры-константы
Формальные параметры-константы работают аналогично локальной переменной, доступной только по чтению, которая получает свое значение при активизации процедуры или функции от соответствующего фактического параметра. Присваивания формальному параметру-константе не допускаются. Формальный параметр-константа также не может передаваться в качестве фактического параметра другой процедуре или функции. Параметр-константа, соответствующий фактическому параметру в операторе процедуры или функции, должен подчиняться тем же правилам, что и фактическое значение параметра.
В тех случаях, когда формальный параметр не изменяет при выполнении процедуры или функции своего значения, вместо параметра-значения следует использовать параметр-константу. Параметры-константы позволяют при реализации процедуры или функции защититься от случайных присваиваний формальному параметру. Кроме того, для параметров структурного и строкового типа компилятор при использовании вместо параметров-значений параметров-констант может генерировать более эффективный код.
Параметры-переменные
Параметр-переменная используется, когда значение должно передаваться из процедуры или функции вызывающей программе. Соответствующий фактический параметр в операторе вызова процедуры или функции должен быть ссылкой на переменную. При активизации процедуры или функции формальный параметр-переменная замещается фактической переменной, любые изменения в значении формального параметра-переменной отражаются на фактическом параметре.
Внутри процедуры или функции любая ссылка на формальный параметр-переменную приводит к доступу к самому фактическому параметру. Тип фактического параметра должен совпадать с типом формального параметра-переменной, но это ограничение можно обойти с помощью нетипизированного параметра-переменной).
Нетипизированные параметры
Когда формальный параметр является нетипизированным параметром-переменной, то соответствующий фактический параметр может представлять собой любую ссылку на переменную или константу независимо от ее типа. Нетипизированный параметр, описанный с ключевым словом var, может модифицироваться, а нетипизированный параметр, описанный с ключевым словом const, доступен только по чтению.
В процедуре или функции у нетипизированного параметра-переменной тип отсутствует, т. е. он несовместим с переменными всех типов, пока ему не будет присвоен определенный тип с помощью присваивания типа переменной.
Хотя нетипизированные параметры дают большую гибкость, их использование сопряжено с некоторым риском. Компилятор не может проверить допустимость операций с нетипизированными переменными.
Процедурные переменные
После определения процедурного типа появляется возможность описывать переменные этого типа. Такие переменные называют процедурными переменными. Как и целая переменная, которой можно присвоить значение целого типа, процедурной переменной можно присвоить значение процедурного типа. Таким значением может быть, конечно, другая процедурная переменная, но оно может также представлять собой идентификатор процедуры или функции. В таком контексте описания процедуры или функции можно рассматривать как описание особого рода константы, значением которой является процедура или функция.
Как и при любом другом присваивании, значения переменной в левой и в правой части должны быть совместимы по присваиванию. Процедурные типы, чтобы они были совместимы по присваиванию, должны иметь одно и то же число параметров, а параметры на соответствующих позициях должны быть одинакового типа. Имена параметров в описании процедурного типа никакого действия не вызывают.
Кроме того, для обеспечения совместимости по присваиванию процедура или функция, если ее нужно присвоить процедурной переменной, должна удовлетворять следующим требованиям:
1) это не должна быть стандартная процедура или функция;
2) такая процедура или функция не может быть вложенной;
3) такая процедура не должна быть процедурой типа inline;
4) она не должна быть процедурой прерывания (interrupt).
Стандартными процедурами и функциями считаются процедуры и функции, описанные в модуле System, такие как Writeln, Readln, Chr, Ord. Вложенные процедуры и функции с процедурными переменными использовать нельзя. Процедура или функция считается вложенной, когда она описывается внутри другой процедуры или функции.
Использование процедурных типов не ограничивается просто процедурными переменными. Как и любой другой тип, процедурный тип может участвовать в описании структурного типа.
Когда процедурной переменной присваивается значение процедуры, то на физическом уровне происходит следующее: адрес процедуры сохраняется в переменной. Фактически процедурная переменная весьма напоминает переменную-указатель, только вместо ссылки на данные она указывает на процедуру или функцию. Как и указатель, процедурная переменная занимает 4 байта (два слова), в которых содержится адрес памяти. В первом слове хранится смещение, во втором – сегмент.
Параметры процедурного типа
Поскольку процедурные типы допускается использовать в любом контексте, то можно описывать процедуры или функции, которые воспринимают процедуры и функции в качестве параметров. Параметры процедурного типа особенно полезны в том случае, когда над множеством процедур или функций нужно выполнить какие-то общие действия.
Если процедура или функция должны передаваться в качестве параметра, они должны удовлетворять тем же правилам совместимости типа, что и при присваивании. То есть, такие процедуры или функции должны компилироваться с директивой far, они не могут быть встроенными функциями, не могут быть вложенными и не могут описываться с атрибутами inline или interrupt.
ЛЕКЦИЯ № 5. Строковый тип данных
1. Строковый тип в Pascal
Последовательность символов определенной длины называется строкой. Переменные строкового типа определяются путем указания имени переменной, зарезервированного слова string, и возможно, но не обязательно указания максимального размера, т. е. длины строки, в квадратных скобках. Если не задавать максимальный размер строки, то по умолчанию он будет равен 255, т. е. строка будет состоять из 255 символов.
К каждому элементу строки можно обратиться по его номеру. Однако ввод и вывод строк осуществляются целиком, а не поэлементно, как это происходит в массивах. Число введенных символов не должно превышать указанного в максимальном размере строки, так если такое превышение будет иметь место, то «лишние» символы будут проигнорированы.
2. Процедуры и функции для переменных строкового типа
1. Function Copy(S: String; Index, Count: Integer): String;
Возвращает подстроку строки. S – выражение типа String.
Index и Count – выражения целого типа. Функция возвращает строку, содержащую Count символов, начинающихся с позиции Index. Если Index больше, чем длина S, функция возвращает пустую строку.
2. Procedure Delete(var S: String; Index, Count: Integer);
Удаляет подстроку символов длиной Count из строки S, начиная с позиции Index. S – переменная типа String. Index и Count – выражения целого типа. Если Index больше, чем длина S, символы не удаляются.
3. Procedure Insert(Source: String; var S: String; Index: Integer);
Объединяет подстроку в строку, начиная с определенной позиции. Source – выражение типа String. S – переменная типа String любой длины. Index – выражение целочисленного типа. Insert вставляет Source в S, начиная с позиции S[Index].
4. Function Length(S: String): Integer;
Возвращает число символов, фактически используемое в строке S. Обратите внимание: при использовании строк с нуль-окончанием, число символов не обязательно равно числу байтов.
5. Function Pos(Substr: String; S: String): Integer;
Ищет подстроку в строке. Pos ищет Substr внутри S и возвращает целочисленное значение, которое является индексом первого символа Substr внутри S. Если Substr не найден, Pos возвращает нуль.
3. Записи
Запись представляет собой совокупность ограниченного числа логически связанных компонент, принадлежащих к разным типам. Компоненты записи называются полями, каждое из которых определяется именем. Поле записи содержит имя поля, вслед за которым через двоеточие указывается тип этого поля. Поля записи могут относиться к любому типу, допустимому в языке Pascal, за исключением файлового типа.
Описание записи в языке Pascal осуществляется с помощью служебного слова RECORD, вслед за которым описываются компоненты записи. Завершается описание записи служебным словом END.
Например, записная книжка содержит фамилии, инициалы и номера телефона, поэтому отдельную строку в записной книжке удобно представить в виде следующей записи:
type Row = Record
FIO: String[20];
TEL: String[7];
end;
var str: Row;
Описание записей возможно и без использования имени типа, например:
var str : Record
FIO : String[20];
TEL : String[7];
end;
Обращение к записи в целом допускается только в операторах присваивания, где слева и справа от знака присваивания используются имена записей одинакового типа. Во всех остальных случаях оперируют отдельными полями записей. Чтобы обратиться к отдельной компоненте записи, необходимо задать имя записи и через точку указать имя нужного поля. Такое имя называется составным. Компонентой записи может быть также запись, в таком случае составное имя будет содержать не два, а большее количество имен.
Обращение к компонентам записей можно упростить, если воспользоваться оператором присоединения with. Он позволяет заменить составные имена, характеризующие каждое поле, просто на имена полей, а имя записи определить в операторе присоединения.
Иногда содержимое отдельной записи зависит от значения одного из ее полей. В языке Pascal допускается описание записи, состоящей из общей и вариантной частей. Вариантная часть задается с помощью конструкции case Р of, где Р – имя поля из общей части записи. Возможные значения, принимаемые этим полем, перечисляются так же, как и в операторе варианта. Однако вместо указания выполняемого действия, как это делается в операторе варианта, указываются поля варианта, заключенные в круглые скобки. Описание вариантной части завершается служебным словом end. Тип поля Р можно указать в заголовке вариантной части. Инициализация записей осуществляется с помощью типизированных констант.
4. Множества
Понятие множества в языке Pascal основывается на математическом представлении о множествах: это ограниченная совокупность различных элементов. Для построения конкретного множественного типа используется перечисляемый или интервальный тип данных. Тип элементов, составляющих множество, называется базовым типом.
Множественный тип описывается с помощью служебных слов Set of, например:
type M = Set of В;
Здесь М – множественный тип, В – базовый тип.
Принадлежность переменных к множественному типу может быть определена прямо в разделе описания переменных.
Константы множественного типа записываются в виде заключенной в квадратные скобки последовательности элементов или интервалов базового типа, разделенных запятыми. Константа вида [] означает пустое подмножество.
Множество включает в себя набор элементов базового типа, все подмножества данного множества, а также пустое подмножество. Если базовый тип, на котором строится множество, имеет К элементов, то число подмножеств, входящих в это множество, равно 2 в степени К. Порядок перечисления элементов базового типа в константах безразличен. Значение переменной множественного типа может быть задано конструкцией вида [Т], где Т – переменная базового типа.
К переменным и константам множественного типа применимы операции присваивания (:=), объединения (+), пересечения (*) и вычитания (—). Результат выполнения этих операций есть величина множественного типа:
1) ['A','B'] + ['A','D'] даст ['A','B','D'];
2) ['A'] * ['A','B','C'] даст ['A'];
3) ['A','B','C'] – ['A','B'] даст ['C'].
К множественным величинам применимы операции: тождественность (=), нетождественность (<>), содержится в (<=), содержит (>=). Результат выполнения этих операций имеет логический тип:
1) ['A','B'] = ['A','C'] даст FALSE ;
2) ['A','B'] <> ['A','C'] даст TRUE;
3) ['B'] <= ['B','C'] даст TRUE;
4) ['C','D'] >= ['A'] даст FALSE.
Кроме этих операций, для работы с величинами множественного типа используется операция in, проверяющая принадлежность элемента базового типа, стоящего слева от знака операции, множеству, стоящему справа от знака операции. Результат выполнения этой операции – булевский. Операция проверки принадлежности элемента множеству часто используется вместо операций отношения.
При использовании в программах данных множественного типа выполнение операций происходит над битовыми строками данных. Каждому значению множественного типа в памяти ЭВМ соответствует один двоичный разряд.
Величины множественного типа не могут быть элементами списка ввода-вывода. В каждой конкретной реализации транслятора с языка Pascal количество элементов базового типа, на котором строится множество, ограниченно.
Инициализация величин множественного типа производится с помощью типизированных констант.
Приведем некоторые процедуры для работы с множествами.
1. Procedure Exclude(var S: Set of T; I:T);
Удаляет элемент I из множества S. S – переменная типа «множество», и I – выражение типа, совместимого с исходным типом S. Конструкция Exclude(S, I) соответствует S: = S – [I], но генерирует более эффективный код.
2. Procedure Include(var S: Set of T; I:T);
Добавляет элемент I к множеству S. S – переменная типа «множество», и I – выражение типа, совместимого с типом S. Конструкция Include(S, I) соответствует S: = S + [I], но генерирует более эффективный код.
ЛЕКЦИЯ № 6. Файлы
1. Файлы. Операции с файлами
Введение файлового типа в язык Pascal вызвано необходимостью обеспечить возможность работы с периферийными (внешними) устройствами ЭВМ, предназначенными для ввода, вывода и хранения данных.
Файловый тип данных (или файл) определяет упорядоченную совокупность произвольного числа однотипных компонент. Общее свойство массива, множества и записи заключается в том, что количество их компонент определено на этапе написания программы, тогда как количество компонент файла в тексте программы не определяется и может быть произвольным.
При работе с файлами выполняются операции ввода-вывода. Операция ввода означает перепись данных с внешнего устройства (из входного файла) в основную память ЭВМ, операция вывода – это пересылка данных из основной памяти на внешнее устройство (в выходной файл). Файлы на внешних устройствах часто называют физическими файлами. Их имена определяются операционной системой.
В программах на языке Pascal имена файлов задаются с помощью строк. Для работы с файлами в программе необходимо определить файловую переменную. Pascal поддерживает три файловых типа: текстовые файлы, компонентные файлы, бестиповые файлы.
Файловые переменные, которые описаны в программе, называют логическими файлами. Все основные процедуры и функции, обеспечивающие ввод-вывод данных, работают только с логическими файлами. Физический файл должен быть связан с логическим до выполнения процедур открытия файлов.
Текстовые файлы
Особое место в языке Pascal занимают текстовые файлы, компоненты которых имеют символьный тип. Для описания текстовых файлов в языке определен стандартный тип Text:
var TF1, TF2: Text;
Текстовые файлы представляют собой последовательность строк, а строки – последовательность символов. Строки имеют переменную длину, каждая строка завершается признаком конца строки.
Компонентные файлы
Компонентный, или типизированный файл, – это файл с объявленным типом его компонент. Компонентные файлы состоят из машинных представлений значений переменных, они хранят данные в том же виде, что и память ЭВМ.
Описание величин файлового типа имеет вид:
type М = File Of Т;
где М – имя файлового типа;
Т – тип компоненты.
Компонентами файла могут быть все скалярные типы, а из структурированных – массивы, множества, записи. Практически во всех конкретных реализациях языка Pascal конструкция «файл файлов» недопустима.
Все операции над компонентными файлами производятся с помощью стандартных процедур.
Write(f,X1,X2,…XK)
Бестиповые файлы
Бестиповые файлы позволяют записывать на диск произвольные участки памяти ЭВМ и считывать их с диска в память. Описываются бестиповые файлы следующим образом:
var f: File;
Теперь перечислим процедуры и функции для работы с различными видами файлов.
1. Procedure Assign(var F; FileName: String);
Процедура AssignFile сопоставляет имя внешнего файла с файловой переменной.
F – файловая переменная любого файлового типа, FileName – выражение типа String или выражение типа PChar, если допускается расширенный синтаксис. Все дальнейшие операции с F производятся с внешним файлом.
Нельзя использовать процедуру с уже открытой файловой переменной.
2. Procedure Close(var F);
Процедура разрывает связь между файловой переменной и внешним дисковым файлом и закрывает файл.
F – файловая переменная любого файлового типа, открытая процедурами Reset, Rewrite или Append. Внешний файл, связанный с F, полностью модифицируется и затем закрывается, освобождая дескриптор файла для повторного использования.
Директива {SI+} позволяет обрабатывать ошибки во время выполнения программы, используя обработку исключительных ситуаций. При выключенной директиве {$1—} необходимо использовать IOResult для проверки ошибок ввода-вывода.
3. Function Eof(var F): Boolean;
{Типизированные или нетипизированные файлы}
Function Eof[(var F: Text)]: Boolean;
{Текстовые файлы}
Проверяет, является или нет текущая позиция файла концом файла.
Eof(F) возвращает True, если текущая позиция файла находится за последним символом файла или если файл пуст; иначе Eof (F) возвращает False.
Директива {SI+} позволяет обрабатывать ошибки во время выполнения программы, используя обработку исключительных ситуаций. При выключенной директиве {SI—}, необходимо использовать IOResult для проверки ошибок ввода-вывода.
4. Procedure Erase(var F);
Удаляет внешний файл, связанный с F.
F – файловая переменная любого файлового типа.
Перед вызовом процедуры Erase файл необходимо закрыть.
Директива {SI+} позволяет обрабатывать ошибки во время выполнения программы, используя обработку исключительных ситуаций. При выключенной директиве {SI—}, необходимо использовать IOResult для проверки ошибок ввода-вывода.
5. Function FileSize(var F): Integer;
Возвращает размер в байтах файла F Однако, если F – типизированный файл, FileSize возвратит число записей в файле. Перед использованием функции FileSize файл должен быть открыт. Если файл пуст, FileSize(F) возвращает нуль. F – переменная любого файлового типа.
6. Function FilePos(var F): Longlnt;
Возвращает текущую позицию файла внутри файла.
Перед использованием функции FilePos, файл должен быть открыт. Функция FilePos не используется с текстовыми файлами. F – переменная любого файлового типа, кроме типа Text.
7. Procedure Reset(var F [: File; RecSize: Word]);
Открывает существующий файл.
F – переменная любого файлового типа, связанного с внешним файлом с помощью AssignFile. RecSize – необязательное выражение, которое используется, если F – нетипизированный файл. Если F – нетипизированный файл, RecSize определяет размер записи, который используется при передаче данных. Если RecSize опущен, заданный по умолчанию размер записи равен 128 байтов.
Процедура Reset открывает существующий внешний файл, ассоциированный с файловой переменной F. Если внешнего файла с таким именем нет, возникает ошибка времени выполнения. Если файл, связанный с F, уже открыт, он сначала закрывается и затем вновь открывается. Текущая позиция файла устанавливается к началу файла.
8. Procedure Rewrite(var F: File [; Recsize: Word]);
Создает и открывает новый файл.
F – переменная любого файлового типа, связанного с внешним файлом с использованием AssignFile. RecSize – необязательное выражение, которое используется, если F – нетипизированный файл. Если F – нетипизированный файл, RecSize определяет размер записи, который используется при передаче данных. Если RecSize опущен, заданный по умолчанию размер записи равен 128 байтов.
Процедура Rewrite создает новый внешний файл с именем, связанным с F Если внешний файл с тем же самым именем уже существует, он удаляется, и создается новый пустой файл.
9. Procedure Seek(var F; N: Longlnt);
Перемещает текущую позицию файла к определенному компоненту. Можно использовать процедуру только с открытыми типизированными или нетипизированными файлами.
Текущая позиция файла F перемещается к номеру N. Номер первого компонента файла – 0.
Инструкция Seek(F, FileSize(F)) перемещает текущую позицию файла в конец файла.
10. Procedure Append(var F: Text);
Открывает существующий текстовый файл для добавления информации в конец файла (дозапись).
Если внешнего файла с данным именем не существует, происходит ошибка времени выполнения. Если файл F уже открыт, он закрывается и вновь открывается. Текущая позиция файла устанавливается к концу файла.
11. Function Eoln[(var F: Text)]: Boolean;
Проверяет, является ли текущая позиция файла концом строки текстового файла.
Eoln(F) возвращает True, если текущая позиция файла – в конце строки или файла; иначе Eoln(F) возвращает False.
12. Procedure Read(F, V1 [, V2, …, Vn]);
{Типизированные и нетипизированные файлы}
Procedure Read([var F: Text;] V1 [, V2, …, Vn]);
{Текстовые файлы}
Для типизированных файлов процедура читает компонент файла в переменную. При каждом считывании текущая позиция в файле продвигается к следующему элементу.
Для текстовых файлов читается одно или несколько значений в одну или несколько переменных.
С переменными типа String Read считывает все символы вплоть до следующей метки конца строки (но не включая ее) или до тех пор пока функция Eof(F) не примет значение True. Переменной присваивается получившаяся в результате символьная строка.
В случае переменной целого или вещественного типа процедура ожидает поступления последовательности символов, образующих число по правилам синтаксиса языка Pascal. Считывание прекращается при обнаружении первого пробела, символа табуляции или метки конца строки либо в том случае, если функция Eof(F) принимает значение True. Если числовая строка не соответствует ожидаемому формату, то происходит ошибка ввода-вывода.
13. Procedure Readln([var F: Text;] V1 [, V2…, Vn]);
Является расширением процедуры Read и определена для текстовых файлов. Считывает строку символов в файле, включая маркер конца строки, и переходит к началу следующей строки. Вызов функции Readln(F) без параметров приводит к перемещению текущей позиции файла на начало следующей строки, если она имеется, в противном случае происходит переход к концу файла.
14. Function SeekEof[(var F: Text)]: Boolean;
Возвращает признак конца файла и может использоваться только для открытых текстовых файлов. Обычно применяется для считывания числовых значений из текстовых файлов.
15. Function SeekEoln[(var F: Text)]: Boolean;
Возвращает признак конца строки в файле и может использоваться только для открытых текстовых файлов. Обычно применяется для считывания числовых значений из текстовых файлов.
16. Procedure Write([var F: Text;] P1 [, P2, …, Pn]);
{Текстовые файлы}
Записывает одну или более величин в текстовый файл.
Каждый параметр записи должен иметь тип Char, один из целочисленных типов (Byte, Shortlnt, Word, Longint, Cardinal), один из типов с плавающей запятой (Single, Real, Double, Extended, Currency), один из строковых типов (PChar, AisiString, ShortString), или один из логических типов (Boolean, Bool).
Procedure Write(F, V1, …, Vn);
{Типизированные файлы}
Записывает переменную в компонент файла. Переменные VI…., Vn должны быть того же типа, что и элементы файла. При каждой записи переменной текущая позиция в файле передвигается к следующему элементу.
17. Procedure Writeln([var F: Text;] [P1, P2, …, Pn]);
{Текстовые файлы}
Выполняет операцию Write, затем помещает метку конца строки в файл.
Вызов Writeln(F) без параметров записывает в файл маркер конца строки. Файл должен быть открыт для вывода.
Bepul matn qismi tugad.
