Язык программирования Pascal

Язык создал швейцарский теоретик программирования Н.Вирт. Назван он был в честь известного французского математика и физика Б.Паскаля, создавшего первый арифмометр. Язык четко ориентирован на структурное программирование, технологию нисходящего программирования и концепцию типа данных – в целом, на разработку логичных, следовательно надежных, пусть и не сверх эффективных в вычислительном смысле программ. Создавался как учебный язык, но быстро стал популярен, как язык профессионального программирования. Существуют многочисленные версии языка, особенно широко известны продукты фирмы Borland Enterprise – Turbo Pascal, Delphi …

Наша цель – изучение основных концепций программирования, а не конкретных версий языка. Мы ограничимся стандартом языка, а также теми дополнениями языка Turbo и Object Pascal, которые:

1. исправляют немногочисленные недочеты стандарта;

2. отмечают наиболее существенные концептуальные изменения, произошедшие в программировании со времен создания стандарта.

Процедурный Паскаль Синтаксис Паскаль-программы

Программа – это функция, <потоковая / файловая процедура>.

Заголовок программы

[Program пользовательское имя (список файлов);]

В Turbo и Object заголовок может опускаться

[Uses список имен модулей-описаний дополнительных объектов, используемых в данной программе]

{$ директивы компилятора}

Дополнительное указание, делающее семантику языка полной и/или не двусмысленной.

(Не именованный) Блок состоящий из:

1. областей описаний пользовательских имен;

2. собственно запись алгоритма в виде составного оператора – последовательности операторов языка, соединенных символом «;» и заключенных в операторные скобки BEGIN…END и «.»

Pascal-программа содержит имена двух видов:

1. Пользовательские имена – термины, значения которых выбираются (определяются) программистом в соответствующей области описания.

2. Ключевые слова языка, смысл которых фиксирован и не может быть изменен.

В любом случае в качестве имен используются идентификаторы – последовательности латинских букв и цифр, начинающиеся с буквы. Допустимая длина идентификатора определяется конкретной версией языка (в Object Pascal до 255 символов).

Все пользовательские имена должны быть явно определены в программе. Стандартный порядок описания пользовательских имен:

Label – список имен меток оператора GoTo

Const

имя константы = значение константы (или выражение);

MaxIndex = 100;

Pi = 3,14159;

Type – область описания типов

имя типа = определение типа;

Var – область описания переменных

список переменных: тип;

x: real;

n1: integer;

Область определения процедур и функций.

Для пользовательских имен справедливо классическое правило прямых определений – имя можно использовать только после того, как оно описано.

Есть интересное исключение, выводящее Паскаль из чисто процедурных языков – смотри «ссылочные типы и рекурсия».

Основные операторы

Оператор присваивания

V:=Exp

где V – переменная, а Exp – выражение.

Типы V и Exp должны быть согласованы. Как правило, это означает, что это одни и те же типы. С точки зрения семантики достаточно, чтобы тип выражения Exp был подтипом тип переменной V.

1. целый := вещественный – невозможно

2. вещественный := целый – возможно

К сожалению, реальное определение согласованности типов достаточно сложно и ориентировано не на значения и даже не на определения типов, а на их имена.

Type

Real1 = Real;

Real2 = Real;

Совет

Применяй явное преобразование типов в каждом сомнительном случае.

Операторы ввода/вывода. Текстовые файлы.

В Паскале под файлом понимается последовательный набор данных с возможностью многократного использования.

Рассмотрим частный случай текстовых файлов

text (textfile)

Имена файлов, как и имена любых других переменных, обязаны быть описаны в области Var.

Var f: text;

По стандарту все внешние входные и выходные файлы должны быть перечислены также в заголовке программы.

Семантика (упрощенная)

Множество значений типа text – последовательность значений стандартных типов integer, real, char, string.

Функции и операторы

1. assign (AssignFile) – в стандарте отсутствует

В реальном программировании естественно разделять понятия логического файла (файл как математический объект, тип данных) и физического файла (файл как набор данных на материальном носителе). Функция assign задает соответствие между логическими и физическими именами.

Assign(логическое имя файла (идентификатор, имя переменной), физическое имя файла (имя файла в синтаксисе ОС))

Пример:

Assign(f,’c:\dir\file.txt’);

2. Eof(f); Предикат конца файла. Семантика такая же, как и потоков.

3. Read(f, v₁, …, v_n); Write(f, e₁, …, e_m); Семантика как для потоков.

4. Reset(f);

Подготовка (открытие) файла для чтения. Любой оператор reset предшествует любому read, то есть попытке чтения из файла f. Потоки Input и Output – не файлы, так как нельзя многократно записывать.

5. Rewrite(f);

Подготовка к режиму записи, обязан предшествовать оператору write, то есть любой попытке записи в файл f.

Операторы reset и rewrite опускаются для так называемых входных и выходных файлов input и output. Имена этих файлов также опускаются в операторах чтения и записи.

6. close(f) (CloseFile(f))

Обратный по функции оператору assign, разрывает связь между логическим и физическим файлами. Хотя по умолчанию все файлы должны автоматически закрываться после выполнения программы, лучше делать это явно.

Замечание:

Как подсказывает название, множеством значений типа text в реальности является последовательность символов произвольной конечной длины, в том числе специальных символов, так называемых маркеров конца строки и конца файла. При чтении и записи текстовых файлов происходит неявное преобразование последовательности символов в значения нужного типа. Очевидно, для этого необходимо, чтобы последовательность символов могла служить обозначением константы нужного типа.

Натуральные числа: c₁…c_n

c_i = ‘0’,’1’,…

Вещественные числа: c₁…c_n.d₁…d_m – запись с «плавающей» точкой.

DEP – экспоненциальная запись, где D – запись с «плавающей» точкой, P – целое число. DEP = D•10^P

С понятием строки связаны операторы: readln(f) – найти начало следующей строки, writeln(f) – записать символ конца строки.

readln(f, x₁, …, x_n)  read(f, x₁, …, x_n); readln(f);

writeln(f, e₁, …, e_n)  write(f, e₁, …, e_n); writeln(f);

Композиция операторов и составной оператор

S₁; S₂; …; S_n

Суперпозиция соответствующих функций → функциональная семантика.

begin S₁; …, S_n end

также композиция функций, но синтаксически представляет собой один оператор.

1. последовательность операторов S₁; S₂; …; S_n

2. один оператор begin S₁; S₂; …; S_n end

Условный оператор

If B then S₁ [else S₂]

Наличие укороченной формы вносит неоднозначность в чтение операторов. Какую семантику имеет оператор If B₁ then B₂ then S₁ else S₂

В ерна вторая семантика, то есть else всегда принадлежит ближайшему оператору if.

Оператор цикла с предусловием

while B do S

B – предикат (условие выполнения)

S – оператор

Оператор цикла с постусловием

repeat S₁; …; S_n until B

B – предикат (условие окончания)

Введение такого оператора часто удобно, но избыточно. Запись на паскале структурных блок-схем почти тривиальная задача. Единственная техническая проблема – записать последовательность операторов там где синтаксис допускает лишь один оператор. Проблема решается просто – навешиванием операторных скобок.

Задача: выяснить, есть ли в последовательности целых чисел а заданное х.

Решение верно, но не эффективно.

Второй вариант – так называемый побочный выход из цикла.

Третий вариант.

Program N1(input, output);

Var p,b:Boolean;

x,a:integer;

begin

b:=false;

read(x);

while eof=false do

begin

read(a);

if x=a then b:=true;

end;

write(b);

end.

Замечание. Более эффективное решение – см. далее «Булевский тип»