Иванова Г.С. - Основы программирования

5. Модульное программирование

а

Введите интервал: _ Введите погрешность: _

Минимум у=... при х=...

Максимум у=... при х=...

Нажмите любую клавишу.

Рис. 5.6. Состояния интерфейса профаммы исследования функций:

а - меню функций; б - меню операций; в-д - оформление операций

результаты. После анализа результатов пользователь должен нажать любую клавишу, чтобы вернуться в меню операций.

Далее пользователь может выбрать другую операцию, а может вернуть­ ся в меню функций, если выберет операцию 4 (выход). Вернувшись в меню функций, пользователь может выбрать другую функцию или выйти из про­ граммы.

На рис. 5.7 представлена диаграмма переходов состояний интерфейса пользователя, из которого видно, в какой последовательности и по нажатию каких клавиш осуществляется переключение форм (экранов) интерфейса.

151

Часть 1. Основы алгоритмизации и процедурное программирование

х- нажатие любой клавиши

Рис. 5.7. Диаграмма переходов состояний интерфейса программы исследования функции

При разработке алгоритма методом пошаговой детализации будем ис­ пользовать псевдокод. Начинаем разработку алгоритма «сверху», т.е. с реали­ зации меню функций.

Меню функций работает следующим образом. При запуске программы выводим меню на экран. Затем вводим номер функции и, если номер функ­ ции не равен 5, передаем управление меню операций, сообщая ему номер выбранной функции. Когда меню операций завершит свою работу, то на эк­ ран вновь необходимо вывести меню функций и опять ввести номер функ­ ции:

Программа исследования элементарных функций:

ВЫВЕСТИ_МЕНЮ_ФУНКЦИЙ. Ввести Номер_функции. Цикл-пока Номер_функции о 5

Вызвать МЕНЮ_,ОПЕРАЦИЙ (Номер_функции) ВЫВЕСТИ_МЕНЮ__ФУНКЦИЙ.

Ввести Номер_функции.

Все-цикл. Конец.

На этом шаге определились две подпрограммы: ВЫВЕСТИ_МЕНЮ_ФУНКЦИЙ и МЕНЮ__ОПЕРАЦИЙ (Номер__функции). Подпрограмма ВЫВЕСТИ_МЕНЮ_ФУНКЦИЙ будет иметь линейную структуру:

152

J. Модульное программирование

Подпрограмма ВЫВЕСТИ^МЕНЮ^ФУНКЦИИ:

ОЧИСТИТЬ_^ЭКРАН.

Вывести «Программа исследования функций.» Вывести «1 - sin х;».

Вывести «2 - cos х;». Вывести «3 - In х;». Вывести «4 - е'^х;». Вывести «5 - Выход.».

Конец подпрограммы.

Подпрограмма МЕНЮ_ОПЕРАЦИЙ (Номер_функции) также должна реализовать меню:

Подпрограмма МЕНЮ_ОПЕРАЦИЙ (Номерфункции): ВЫВЕСТИ^МЕНЮ_ОПЕРАЦИЙ.

Ввести Номер_операции. Цикл-пока Номер_ операции о 4

Выбор Номер__ операции:

1:Вызвать ТАБЛИЦА (Номер_функции);

2:Вызвать КОРЕНЬ (Номер_функции);

3:Вызвать МАКСМИН (Номер_функции);

Все-выбор.

ВЫВЕСТИ_МЕНЮ_ОПЕРАЦИЙ. . Ввести Номер_ операции.

Все-цикл.

Конец подпрограммы.

Подпрограмма ВЫВЕСТИ_МЕНЮ__ОПЕРАЦИЙ похожа на ВЫВЕСТИ__МЕНЮ_ФУНКЦИЙ:

Подпрограмма ВЫВЕСТИ^МЕНЮ__ОПЕРАЦИЙ:

ОЧИСТИТЬ_ЭКРАН. Вывести «Список операций:».

Вывести «1 - получение таблицы значений;». Вывести «2 - определение корней;». Вывести «3 - определение экстремумов;».

. Вывести «4 - выход.».

Вывести «Определите операцию: ».

Конец подпрограммы.

Подпрограмма ТАБЛИЦА(Номер_функции) должна вводить дополни­ тельные данные о границах интервала и значении шага:

153

Часть I. Основы алгоритмизации и процедурное программирование

Подпрограмма ТАБЛИЦА(Номер__функции):

ОЧИСТИТЬ__ЭКРАН.

Вывести «Введите границы интервала» Ввести А, В.

Вывести «Введите шаг». Ввести h.

х=А

Цикл-пока X < В

Если ФУНКЦИЯ(Номер_функции, х, у) то Вывести «х=», х, « у=», у

иначе «х=», х, «значение функции не определено»

Все-если x=x+h

Все-цикл.

ОЖИДАТЬ_НАЖАНИЯ__КЛАВИШИ.

Конец подпрограммы.

Подпрограммы КОРЕНЬ(Номер_функции) и МАКСМИН(Номер_функции) определяются аналогично. Естественно, они также обращаются к под­ программе ФУНКЦИЯ для получения конкретного значения функции в точ­ ке.

Подпрограмма ФУНКЦИЯ будет возвращать логическое значение: true - если значение функции определено, и false - в противном случае. Значение исследуемой функции в точке х подпрограмма будет возвращать через пара­ метр-переменную у:

Подпрограмма ФУНКЦИЯ(Номер_функции, х, у): ФУНКЦИЯ=1гие Выбор Номерфункции:

1:y=sin(x);

2:y=cos(x);

3:Если х>0

то у=1п(х)

иначе ФУНКЦИЯ=Га18е Все-если

4: у=ехр(х)

Все-выбор Конец подпрограммы.

Таким образом, выполняя пошаговую детализацию программы, мы осу­ ществили ее декомпозицию на основную программу и семь подпрограмм (подпрограммы ОЧИСТИТЬ__ЭКРАН и ОЖИДАТЬ^НАЖАНИЯ^КЛАВИШИ являются стандартными процедурами библиотеки управления экраном в т(^кстовом режиме и их можно не учитывать).

154

Функция

Рис. 5.8. Иерархия вызовов подпрограмм программы исследования функций

Результат процедурной декомпозиции обычно представляют в виде схе­ мы, которая показывает иерархию вызовов подпрограмм (рис. 5.8).

В соответствии с рекомендациями структурного программирования реа­ лизация и отладка программы также должны выполняться поэтапно. Снача­ ла реализуют основную программу, используя вместо подпрограмм следую­ щего уровня «заглушки» (подпрограммы, у которых отсутствуют операторы между begin и end). Затем реализуют эти подпрограммы, используя заглуш­ ки вместо подпрограмм следующего уровня и т.д.

Задания для самопроверки

Задание 1. Дана матрица B(n,m), п, m < 20, m > п. Разработайте программу, ко­ торая приведет матрицу к квадратному виду В(п,п) путем последовательного вычер­ кивания из каждой строки матрицы ее m-n неположительных элементов. Если тако­ вых нет или их не хватает для выравнивания матрицы, то вычеркнуть из начала стро­ ки столько элементов, сколько необходимо для завершения процесса. Вывести на пе­ чать исходную и сформированную матрицы.

Задание 2. Дана символьная матрица SIM(n,m), n,m£20). Разработайте програм­ му, которая вводит значения элементов матрицы с клавиатуры и упорядочивает мат­ рицу, разместив строки в алфавитном порядке в соответствии с символами первого столбца. Для каждой строки матрицы SIM определить, каких букв в ней больше: гласных или согласных. Вывести на печать исходную и отсортированную матрицы, а также информацию о соотношении букв в каждой строке.

155

Часть I. Основы алгоритмизации и процедурное программирование

5.3. Модули

При разработке больших программ целесообразно часть подпрограмм и других ресурсов, таких, как переменные, константы, описания типов, соби­ рать вместе и компилировать отдельно от основной программы в виде биб­ лиотек ресурсов или модулей.

Модуль - это автономно компилируемая коллекция программных ресур­ сов, предназначенная для использования другими модулями и программами.

Все ресурсы модуля делятся на две группы: внешние - предназначенные для использования другими программными единицами, и внутренние - ра­ бочие ресурсы данного модуля.

Структура модуля выглядит следующим образом:

Unit <имя модуля>;

Interface

<интерфейсная секция>

Implementation

<секция реализации>

[Begin

<секция инициализации>7

End,

Имя модуля долэюно совпадать с именем фагта, в котором он содержит­ ся. Результат компиляции модуля помещается в файл с тем же именем и рас­ ширением .tpu.

Примечание. Среда языка Borland Pascal предусматривает три режима компиляции про­ граммы, использующей модули:

•Compile - компилируется только основная программа, все модули должны быть пред­ варительно откомпилированы в файлы <имя модуля>.1ри и размещены либо в текущем ката­ логе, либо в одном из каталогов, указанных как источники файлов .tpu в настройках среды (Options/Directories);

•Маке - модули, для которых не обнаружены файлы .tpu, компилируются из соответ­ ствующих файлов .pas, которые должны находиться в текущем каталоге или в каталогах, ука­ занных в настройках среды в качестве источников исходных файлов модулей;

•Build - все ранее откомпилированные модули .tpu игнорируются и все модули ком­ пилируются из своих исходных файлов заново.

В процессе отладки модулей целесообразно использовать режим Build, а при отладке профаммы - режим Compile.

Интерфейсная сещия содержит объявление ресурсов (в том числе заго­ ловки подпрограмм), к которым возможны обращения извне.

Секция реализации содержит описание подпрограмм, объявленных в ин­ терфейсной секции, и описание внутренних ресурсов модуля (локальных пе-

156

5. Модульное программирование

ременных, типов, подпрограмм). Обращение к этим ресурсам возможно только из подпрограмм, описанных в том же модуле.

CeKifUH UHuifuanwaifuu содержит операторы, которые выполняют некото­ рые действия, необходимые для нормальной работы процедур модуля (на­ пример, открывают файлы, инициализируют некоторые переменные и т.п.). Операторы секции инициализации выполняются один раз (при подключении модуля) до начала выполнения основной программы. Эта секция в модуле может отсутствовать.

Программа, которая использует ресурсы нескольких модулей, должна в области описаний содержать спецификацию используемых модулей:

Uses <имя модуля!>, <имя модуля2>, ...;

В спецификации uses необходимо указывать только те модули, ресурсы которых данная программная единица (программа или модуль) использует непосредственно. Если подключаемый модуль использует другие модули, то их подключение уже описано в нем. Секции инициализации подсоединяе­ мых модулей выполняются в порядке их подключения.

Пример 5.4. Разработать модуль, содержащий подпрограмму суммиро­ вания элементов массива.

Разбиваем текст программы примера 5.2 на две части: подпрограмму размещаем в модуле, а тестирующую программу оставляем в качестве основ­ ной программы. Так как все структурные типы параметров должны быть предварительно объявлены, описываем тип массива в модуле.

{Модуль должен размещаться в файле Summa.pas}

Unit Summa;

sum:=s;

end;

End.

Программа использует из модуля два ресурса: описание типа mas для объявления массива А и функцию Sum.

Program ex;

Uses Summa; {указание используемого модуля} Var a:mas; {используем ресурс mas}

i,n:integer;

157

Часть L Основы алгоритмизации и процедурное программирование

Begin readln(n);

for i:=l to n do read(a[i]); ReadLn;

WriteLn('CyMMa= \sum(a,n)); {используем ресурс sum}

End

Bee ресурсы, объявленные в интерфейсноЯ части модуля, доступны в основной программе. В случаях перекрытия имен, когда основная програм­ ма и подключенный модуль содержат ресурсы с одинаковыми именами, при обращении к ресурсам модуля используют составные имена

<имя модуля>.<имя ресурса>.

Например, в модуле описана переменная X:

Unit А;

Interface

VarX:real; ...

End

А в основной программе, которая использует этот модуль, объявлена собст­ венная переменная X:

Program ex;

Uses А;

Var X:integer;

Begin

X:=10; {переменная программы}

A.X:=0.45; ... {переменная модуля A}

В виде модулей в Borland Pascal реализованы библиотеки подпрограмм, использование которых существенно упрощает разработку программ.

Вместе с системой программирования на Borland Pascal поставляются следующие библиотеки.

System ~ основная библиотека - содержит описания всех стандартных процедур и функций, таких, как математические функции, функции преобра­ зований, процедуры и функции обработки строк и т.п. Ресурсы данной биб­ лиотеки доступны любой программе без специального указания.

Crt - библиотека управления экраном в текстовом режиме - содержит описание переменных, констант и процедур и функций, обеспечивающих уп­ равление экраном, клавиатурой и динамиком.

Graph - библиотека управления экраном в графическом режиме - содер­ жит описание переменных, констант и процедур и функций, обеспечиваю­ щих управление экраном в графическом режиме.

158

5. Модульное программирование

Dos - библиотека организации взаимодействия с операционной систе­ мой MS DOS - содержит описание процедур и функций, обеспечивающих обращение к функциям операционной системы.

Поставляемые вместе с описанными модули ТигЬоЗ, Printer, Graph3, Overlay устарели и практически не используются.

Примечание. Следует иметь в виду, что модули System, Crt, Dos, Printer объединены в файл Turbo.tpl, а модуль Graph поставляется отдельно в виде файла Graph.tpu.

При разработке собственных библиотек программисты стремятся созда­ вать подпрограммы, имеющие широкую область применения, для чего ис­ пользуют специальные средства объявления параметров: открытые массивы и строки, нетипизированные параметры и параметры процедурного типа.

5.4. Открытые массивы и строки

По правилам Borland Pascal размерность любого массива, передаваемо­ го в качестве параметра, должна быть определена. Следовательно, без ис­ пользования специальных средств применимость процедур и функций, име­ ющих параметры-массивы, существенно ограничивается. Чтобы снять огра­ ничение размерности для параметров - одномерных массивов, можно ис­ пользовать открытые массивы.

Открытый массив - это конструкция описания типа массива без указа­ ния типа индексов, например:

array of real; array of integer;

Такое определение возможно только при описании формальных пара­ метров подпрограммы. Применяя открытые массивы, следует помнить, что индексы параметров, описанных как открытые массивы, всегда начинаются с нуля. Реальное количество элементов фактического параметра массива можно определить двумя способами. Во-первых - передать через дополни­ тельные параметры, во-вторых- использовать специальные функции.

^У/^Л('<идентификатор массива>) - для обычного массив, возвращает верхнюю границу индекса массива, для открытого - максимальное значение индекса.

/,(?н'('<идентификатор массива>) - для обычного массива возвращает нижнюю границу индекса массива, для открытого - ноль.

Проиллюстрируем оба способа.

Пример 5.5. Вернемся к примеру 5.4. Пусть по-прежнему т ебуется раз­ работать модуль, содержащий подпрограмму суммирования элементов мас­ сива, но при условии отсутствия ограничения размерности массива.

159

Часть I. Основы алгоритмизации и процедурное программирование

В решении, предложенном в примере 5.4, размерность массива ограни­ чена: функция может работать только с массивами типа mas. Описание пара­ метра как открытого массива позволит разработать функцию, которую мож­ но использовать для любого массива целых чисел. Реальное количество эле­ ментов массива в этом случае следует передавать через дополнительный па­ раметр п.

Unit Summa2; Interface

Function sum(b:array of integer; n:integer):integer; Implementation function sum;

Var s:integer; i: integer; begin s:=0;

{при вычислении суммы учитываем, что индексы изменяются от О до п-1, всего п элементов}

for i:=0 to П'1 do s:=s+bfij; sum:=s;

end;

End.

Теперь основная программа уже может описывать массив любой размер­ ности и использовать из модуля только функцию определения суммы.

Program ex; Uses Summa2;

Var a:array[l.. 10] of integer; i,n:integer;

Begin ReadLn(n);

for i:=I to n do Read(a[i]); ReadLn; WriteLnCCyMMa=\sum(a,n));

End.

Пример 5.6. Разработать программу суммирования элементов матрицы по строкам, считая, что матрица заполнена целиком.

Функцию суммирования элементов строки матрицы поместим в модуль. Поскольку она суммирует все элементы строки, для получения верхнего зна­ чения индекса будем использовать функцию High.

Unit ЗиттаЗ;

Interface

Function sum(b:array of integer):integer;

160