Файл: Основы программирования на языке Pascal (стандартные типы данных языка программирования ).pdf

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день информатика и программирование считаются весьма новыми научными направлениями, которые занимаются изучением вопросов сбора, хранения, а также поиска и обработки информации во всевозможных сферах человеческой деятельности.

В общем понимании информатикой называют науку о приемах создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных с помощью различных средств вычислительной техники, а также науку о принципах функционирования этих средств и методах управления ими.

Основной задачей информатики как науки является разработка различных средств и методов, направленных на переработку информации.

Для того, чтобы компьютер мог правильно решить задачу, поставленную перед ним, он должен получить соответствующие инструкции, детально разъясняющие процесс решения. Деятельность, направленная на создание подобных инструкций для вычислительных устройств, называется программированием, а сами инструкции – программами [5].

Одним из ключевых понятий в области программирования является понятие алгоритма, как некоторого правила преобразования информации. Умение строить алгоритмы, по которым пишутся программы, является одним из главных элементов алгоритмической культуры любого современного специалиста в области информационных технологий [8].

Сам термин «алгоритм» уходит корнями в латинский язык. Запись данного термина связана со свловом «Algorithmi» - именем выдающегося математика Мухамеда аль-Хорезми. В современном понимании алгоритмом называется определенная последовательность команд управления каким-либо исполнителем.

Главная задача, которая ставится перед людьми, начинающими изучать основы программирования, - это освоение азов его структурной методики. Максимально быстро и просто этому можно научиться на примере языка программирования Паскаль, разработанного Никлаусом Виртом специально с целью обучения [19].

Все вышесказанное объясняет актуальность выбранной темы – любой современный человек каждодневно сталкивается с компьютерами или какими-либо другими техническими устройствами, управляющимися программами. Основой таких программ служат алгоритмы – специальные предписания, задачей которых является обработка данных. При этом данные могут быть различных типов. Для того чтобы уметь правильно использовать эти данные, необходимо знать основы работы операций с ними.

Объектом исследования данной работы является представление данных в компьютере.

Предмет исследования – стандартные типы данных в языке Паскаль и основные принципы работы с ними.

Цель работы – описать стандартные типы данных языка программирования высокого уровня Паскаль, а также примеры их использования на практике.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

• проанализировать литературу по заданной теме;
• дать понятия основным терминам и определениям;
• дать обзор языка программирования Паскаль;
• выделить основные типы данных языка Паскаль;
• привести примеры программ с использованием различных типов данных.

При написании работы в качестве опорных источников использовались следующие: Т.В. Афанасьева – «Алгоритмы и программы» и М.А. Ревенко – «Практикум по программированию на Turbo Pascal».

1. ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПАСКАЛЬ

1.1. Исторические сведения

Как говорилось ранее, создателем языка программирования Паскаль является Никлаус Вирт - профессор швейцарского технологического института. Первое описание данного языка было представлено Виртом в 1971 году в городе Цюрих. Название языка ассоциируется с именем французского математика Блеза Паскаля, жившего в XVII в. и прославившегося изобретением первого механического калькулятора.

Основной задачей создания языка Паскаль была разработка учебного языка – для обучения программированию начинающих специалистов. Таким образом, Паскаль успешно сумел объединить в себе академическую простоту и лаконичность с мощными выразительными средствами построения программ.

Первое упоминание о языке Паскаль относится к научной конференции НАТО в области программирования в 1969 году, где Никлаус Вирт впервые упомянул о разработке нового языка программирования. На той же конференции ученый Дейкстра выступил со знаменитым докладом «Структурное программирование», ключевой идеей которого является мысль о том, что программная реализация абсолютно любого алгоритма может быть построена без использования оператора перехода, для чего нужно лишь придерживаться последовательного исполнения различных частей программы. Сама программа в таком случае должна разрабатываться по методу «сверху-вниз» - сначала происходит выделние крупных программных модулей, затем каждый из них проходит дальнейшую детализацию до более мелких элементов, исполнение которых обязательно последовательно.

Докдад Дейкстры послужил базовой основой для зарождения структурного программирования – особой технологии разработкии программ в виде иерархически связанных модулей, каждый из которых представляет собой линейную последовательность операторов присваивания, цикла, условных операторов, а также вызовов вложенных модулей.

Благодаря идее структурного программирования программисты смогли полностью отказаться от применения оператора безусловного перехода GoTo. Данное нововведение позволило программистам автономно писать и отлаживать алгоритмические модули. Именно концепция структурного программирования в дальнейшем стала необходимой предпосылкой для создания объектно-ориентированного подхода.

При разработке языка Паскаль Никлаус Вирт учел основные идеи доклада Дейкстры, выделил максимально эффективные конструкции языка Алгол и дополнил их современными на тот момент кибернетическими веяниями. Одним из таких веяний можно считать свободное определение пользовательских типов. Кроме того, отдельное внимание Вирт уделил структурному подходу – он предусмотрел в Паскале поддержку максимально независимых модулей.

Таким образок язык программирования Паскаль быстро набрал популярность. В дальнейшем он послужил основой создания новых языков программирования. На сегодняшний день всевозможные модификации изначального Паскаля широко распространены по всему миру, продолжая активно использоваться в проектах даже самой высокой сложности.

Первый компилятор языка Паскаль был разработан в 1970 г. Он мог работать только под управлением суперкомпьютера CDC 6000. Приблизительно в это же время появился еще один компилятор, совместимый с ЭВМ PDP-11, разработанный при активном участии Дональда Джиллиеса в американском университете штата Иллинойс.

Последующее развитие Паскаля и его компиляторов тесно связано с внедрением виртуальных машинам. Так, к 1970-ым годам относится разработка виртуальной P-машины, более известная как интерпретирующая система UCSD. Благодаря своей простоте эта система обрела популярность не только среди студентов, но и у большинства профессиональных программистов.

Полное формальное описание языка Паскаль было опубликовано Виртом в 1974 г. Первый стандарт языка – ISO/IEC 7185, - относится к 1983 г. Следующий стандарт (расширенный) появился на свет в 1990 г. – ISO/IEC 10206. Ключевой элемент стандарта - единые требования к компиляторам, благодаря которым программа, удовлетворяющая требованиям стандарта языка, способна поддерживаться различными платформами [16].

1.2. Критерии оценки языков программирования

Одним из главных вопросов программиста перед написанием любой программы является вопрос о том, какой именно язык программирования использовать в данном случае. Обычно решение принимается в зависимости от рода задачи, ее начальных параметров и конкретных ситуационных обстоятельств.

Рассмотрим основные свойства, которыми должны удовлетворять языки программирования:

• понятность конструкций – чем проще построены конструкции в языке программирования, тем легче будет человеку понять этот язык. Понятность в данном случае характеризуется ключевыми словами и нотацией, которая в процессе чтения программного кода позволяет вычленять основные понятия отдельных программных блоков. Кроме того, чем проще и понятнее языковые конструкции, тем быстрее программист сможет находить ошибки в своем коде. Язык программирования Паскаль содержит конструкции, которые по своему написанию в большинстве случаев идентичны англоязычным терминам, характеризующим соответствующие действия, что позволяет программисту понимать инструкции;
• надежность – данное свойство характеризует степень автоматического обнаружения ошибок, которые выявляются на этапе трансляции программы. Чем надежнее язык программирования, тем большее число ошибок будет найдено именно на этапе трансляции, а не во время ее исполнения. На сегодняшний день имеется несколько способов проверки правильности исполнения программного кода – верификация программ, чтение ее текста, тестовое покрытие и т.д. В случае Паскаля надежность достигается благодаря жестким правилам синтаксиса;
• гибкость – свойство гибкости характеризуется числом возможностей, которые предоставляются программисту для выражения всех требуемых операций. Языка программирования Паскаль обладает очень разнообразным набором стандартных операций, благодаря чему могут быть составлены программы практически любой сложности;
• простота – данное свойство относится в первую очередь к семантике языка программирования. Чем проще язык, тем он легче в понимании без запоминания синтаксиса. Другими словами, простой язык представляет собой минимальный набор ясных и единообразных ясных понятий. Простота характеризует концептуальную целостность языка. Язык программирования Паскаль реализует свойство простоты за счет семантических правил;
• естественность – идеальный язык программирования должен предоставлять программисту такие структуры данных и операции над ними, которые позволят отразить в программном коде все логические структуры, которые легли в основу алгоритма. Язык Паскаль по умолчанию предоставляет несколько различных типов данных, а также возможность создания пользовательских типов, тем самым позволяя достигать естественности;
• мобильность – данное свойство характеризует переносимость программного кода между различными платформами. На практике мобильности достичь очень трудно, особенно это касается систем реального времени, где одной из ключевых задач проектирования языка является максимальное использование преимуществ базового машинного оборудования. Как говорилось ранее, компиляторы языка Паскаль позволяют достигать свойства мобильности.

Кроме приведенных свойств важно также обратить внимание на свойство суммарной стоимости использования языка, которое складывается из нескольких элементов:

• стоимость обучения – определяется сложностью языка программирования;
• стоимость создания программы – характеризуется языком и системой программирования;
• стоимость трансляции – представляет собой совокупность методов, используемых транслятором для уменьшения объема и сокращения времени исполнения программного кода. Чем больше степень оптимизации, тем выше качество итоговой программы;
• стоимость исполнения – наиболее ярко выражается в системах реального времени;
• стоимость сопровождения – затраты на поиск и исправление ошибок, а также рефакторинг программного кода в случае расширения функциональных возможностей [14].

1.3. Типы данных

Написание программы на любом языке программирования, в том числе и на Паскале, предполагает знание алгоритма ее исполнения. В свою очередь алгоритм определяет структуры данных, которые будут использоваться в процессе исполнения программы. Различные структуры данных характеризуются различными правилами использования.

Главное правило использования данных говорит о том, что все данные, которые используются в программе, предварительно должны быть определены. Следовательно, программист должен учитывать следующие моменты:

• обозначение данных;
• характер и диапазон возможных значений;
• требуемая память;
• перечень возможных операций над данными.

В язык программирования Паскаль данные объявляются при помощи задания их типов. Тип данных характеризует форму машинного представления, допустимый набор значений, а также те действия, которые могут быть выполнены над этими данными.

Структура программы, написанной на языке Паскаль, приведена в таблице 1.

Рассмотрение типов данных языка программирования Паскаль логично начать с численных типов данных. В первую очередь сюда относятся целочисленные типы. Паскаль предоставляет пять таких типов (см. таблицу 2).

Операции, применимые к целочисленным переменным, отображены в таблице 3.

Следующий числовой тип данных – вещественный. Язык Паскаль предлагает четыре вещественных типа данных (см. таблицу 4).

Важно отметить, что использование переменных вещественного типа доступно только в том случае, когда в конфигурации вычислительной машины имеется математический сопроцессор. Это ограничение можно обойти, используя специальные директивы компилятора - {$ N+}, {$ E+}.