1. Базовые понятия программирования

Под программированием чаще всего понимают процесс создания компьютерных программ с помощью языков программирования. Программирование сочетает в себе элементы математики и инженерии. В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование или реализация алгоритма на некотором языке программирования.

Осваивая программирование, мы приобретаем два важных навыка.

∙Изучаем синтаксис языка программирования – слова, грамматику и пунктуацию, узнаем значение каждой команды и каждой функции, учимся правильно их использовать.

∙Учимся логике программирования – как выполнить ту или иную задачу, используя язык программирования. Это универсальный навык, который может быть применен для любого языка программирования. Если вы прочувствуете логику программирования на одном языке, то для того, чтобы научиться работать с другим, останется только изучить его синтаксис.

Чтобы научиться программировать, необходимо освоить оба эти навыка, в данном курсе лекций мы будем изучать их параллельно.

Рассмотрим этапы создания программных систем.

Как правило, процесс создания программ состоит из 3-х этапов:

∙формализация задачи – это создание технического задания;

∙разработка алгоритма решения;

∙программирование: создание текста, отладка, тестирование.

Техническое задание (ТЗ) – это исходный документ для проектирования разработки программы. ТЗ содержит основные технические требования, предъявляемые к программе и исходные данные для разработки; в ТЗ указываются назначение, область применения, сроки исполнения и многое другое. Как правило, ТЗ составляют на основе анализа результатов предварительных исследований, расчётов и моделирования. Этот этап работы над программой относятся к дисциплине "проектирование" и мы не будем его подробно рассматривать.

1.1. Алгоритмизация задачи

Связь между алгоритмом решения и языком программирования очень тесная. Проводя аналогию с естественными языками, заметим, что:

∙Мы думаем только то, что можно воплотить в слове!

∙Мы решаем задачи на компьютере только в тех терминах и с использованием тех конструкций, которые есть в языке программирования.

Алгоритм связан с языком программирования, но тем не менее не зависит от него, прежде всего потому, что в языках программирования есть общие, характерные для всех языков инструменты на которые

иопирается алгоритм.

Заметим, что алгоритмизация задачи – это всегда сокращение круга понятий, которыми можно оперировать при решении задачи, это прежде всего переход от терминов и понятий естественного языка к терминам и понятиям языка программирования.

Что же такое алгоритм? Приведем самое общее его определение.

Алгоритм решения – точные предписания (инструкции), которые определяют процесс, ведущий от исходных данных к требуемому конечному результату.

Поскольку алгоритм – это "точная инструкция", а инструкции встречаются практически во всех областях человеческой деятельности, то возможны самые разнообразные алгоритмы, например проведения физического эксперимента, сборки шкафа или телевизора, обработки детали. Однако следует заметить, что не всякая инструкция есть алгоритм.

Инструкция становится алгоритмом, когда процесс преобразования исходной информации к

требуемому конечному результату задается однозначно и выполняется за конечное число элементарных дискретных шагов.

К основным способам описания алгоритмов можно отнести следующие:

∙словесно-формульный (на естественном языке);

∙в виде схемы (схема алгоритма);

∙с использованием специальных алгоритмических языков (например язык UML).

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

1.2. Схема алгоритма программы

Схема алгоритма – это графическое представление программы или алгоритма с использованием стандартных графических элементов (прямоугольников, ромбов, трапеций и др.), обозначающих команды, действия, данные и т. п.

Геометрические фигуры представляют блоки программы, которые связаны линиями со стрелками, указывающими направления потока управления. В блоках записывается последовательность действий. Элементы схемы-алгоритма показаны на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Основные элементы схемы алгоритма

1.3. Пример алгоритмизации

Составить алгоритм программы для расчета налога на продажи. На первом этапе опишем задачу как можно подробнее.

Большинство программ подчиняются алгоритму, включающему три этапа: ввод данных, их обработку и вывод результата, например на экран дисплея. Рассмотрим подробнее кажый из них:

∙Ввод данных: для расчета необходимы два параметра – объем продаж и ставка налога, причем ставка налога – величина постоянная, объем продаж может меняться. Поскольку программа используется неоднократно, объем продаж следует вводить при каждом новом расчете. Ставка налога – может быть определена в тексте программы. Опишем ввод короче:

Во-первых, указать пользователю, что он должен ввести сумму продаж (sum), показатель вводится с клавиатуры.

Во-вторых, указать компьютеру величину налога на продажи (rate), задать в виде константы в тексте программы.

∙Обработка: чтобы рассчитать сумму налога (tax), необходимо умножить сумму продаж на ставку

налога.

∙Вывод данных: результат вычислений (tax) должен быть выведен на экран дисплея.

На втором этапе рисуем схему алгоритма, используя принятые обозначения (рис. 1.2).

Обратите внимание на блок обработки ошибок при вводе информации с клавиатуры – это необходимая часть любой программы, принимающей данные от человека, который является источником потенциальных ошибок. Можно избежать проблем в будущем, если на входе в обрабатывающие блоки отсекать некорректные данные, в нашем случае – это простейшая проверка, значение суммы не может быть

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

отрицательным значением. Анализируя полученный алгоритм, отметим, что объем вспомогательной части (ввод-вывод данных и контроль ошибок) намного превосходит содержательную часть – обработку, ради которой и составлялся алгоритм. Это типичная ситуация для задач, решаемых на компьютере, в среднем половина программного кода посвящена вспомогательной части работы.

1.4. Этапы трансляции программы

По мере развития вычислительной техники увеличивалась память и быстродействие компьютеров, а значит, становилось возможным создание все более длинных и сложных программ.

Рис. 1.2. Схема алгоритма решения

Самые первые программы писались в машинных кодах. Данные и программа составляли единое целое, структура такой программы была примитивна. Очень скоро появились первые языки программирования – так называемые ассемблеры, они отличаются от машинных команд лишь заменой числовых кодов на символьные названия инструкций. Поэтому программирование на ассемблере мало отличается от программирования в машинных кодах, это весьма трудоемкий процесс, требующий к тому же довольно высокой квалификации программиста.

На следующем этапе развития программирования появились языки высокого уровня – в них каждый оператор, написанный программистом, при исполнении программы заменялся уже целым набором машинных инструкций. Большим преимуществом языков высокого уровня было то, что они позволяли забыть о том, на каком именно компьютере программа исполняется, то есть программы стали переносимы с одного компьютера на другой.

Для того чтобы исполнить программу её нужно разместить в памяти компьютера (рис. 1.3.), но единственный язык, напрямую выполняемый процессором – это машинный код. Перевод исходного текста на языке высокого уровня, написанного программистом, в машинный код выполняют специальные программы, называемые трансляторами.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com