Факультет Техники и современных технологий

Кафедра Информатики и автоматизации

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Программирование на языке высокого уровня

на тему:

«Программы циклической структуры. Массивы данных»

Уровень образования: бакалавриат ФГОС3+

Направление: информатика и вычислительная техника

Профиль: Технологии разработки программного обеспечения

Выполнил:

Студент 4 курса

Форма обучения: заочная

Салов Всеволод Юрьевич

Москва 2018

Оглавление

Введение

Актуальность выбранной темы для курсовой работы, обусловлена тем, что программы циклической структуры пользуются большой популярностью, и, так же, как массивы данных используются повсеместно. Изо дня в день в нашей обычной жизни мы вынуждены осуществлять повторяющиеся действия. Мы тратим много наших сил и личного времени на их выполнение. К сожалению, облегчить, либо избежать их, зачастую не представляется возможным. В итоге мы делаем одни и те же действия огромное количество раз. Но век информационных технологий позволил нам с помощью языков программирования облегчить эти действия. Благодаря им мы можем описывать и упрощать множество действий. Теперь нет нужды шаг за шагом описывать повторяющиеся действия, для этого можно воспользоваться циклическими алгоритмами. Проект на данную тему позволит глубже взглянуть на возможности хранения и обработки информации, а так же мы рассмотрим, в каких случаях написание программы циклической структуры поможет эффективно справиться с задачей. Массивы являются удобным и повсеместно используемым способом хранения элементов одного типа данных в едином контейнере для большего удобства и эффективности программирования. Это позволяет уменьшить общее количество имен переменных, в обязательном порядке отслеживаемых. С их помощью мы можем сохранять и манипулировать элементами данных при помощи всего лишь одной переменной. Они незаменимы, когда приходится работать с задачами, связанными с обработкой большого количества значений. Например, таких как создание отсортированных и неотсортированных списков данных, сохранение таблиц данных, а также при решении научно-технических и экономических задач и многого другого. Для облегчения обработки элементов массива очень удобно использовать циклы. Данные, приведенные в проекте, будут полезны для глубокого изучения теоретических основ данной темы для программистов, как начинающего, так и продвинутого уровня.

Объект исследования: циклические структуры и массивы данных.

Предмет исследования: Теория циклических структур и массивов данных.

Цель: изучить структуру циклической программы и массивы данных

Задачи проекта:

1. Проанализировать актуальность работы.

2.Ознакомится с теоретической базой по данной теме.

3. Дать определения программы циклической структуры.

4. Рассмотреть структуру программы на высоком языке программирования Pascal.

5. Изучить, как формируются, хранятся и функционируют массивы данных.

6. Сделать вывод по проекту, соотнести его с поставленными целью и задачами.

Обзор источников. Рассмотрим основные использованные источники.

Так Немнюгин С. А. в своей книге “ Turbo Pascal” рассматривает вопрос разработки программы[16,c.12], уделяя большое внимание основным понятиям, операторам ввода и вывода данных, составлению программ, реализующих ветвление, циклические процессы, работе с массивами, процедурами и записями. Понятия циклов и их основные условия применения, использования и ограничения, что позволяет безошибочно пользоваться при создании программы.

В своей книге “ Паскаль. Программирование на языке высокого уровня” Павловская Т.А. написала детальное и формальное изложение всех конструкций языка[17,c.9], а приведенные примеры изложены доступным языком с использованием различных приемов программирования. Подробно расписаны циклические алгоритмы, все их разновидности с приведение подробных примеров, что позволяет свободно ориентироваться в большом потоке информации, выбрать для своей работе именно то, что нужно для достижения поставленной цели.

Циклические алгоритмы и их виды

Цикл — разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования, предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций. Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом. Написание циклического алгоритма позволяет решать любые практические задачи, связанные с реализацией повторяющихся действий.

Последовательность инструкций, предназначенная для многократного исполнения, называется телом цикла. Однократное выполнение тела цикла называется итерацией. Выражение определяющее, будет в очередной раз выполняться итерация, или цикл завершится, называется условием выхода или условием окончания цикла (либо условием продолжения в зависимости от того, как интерпретируется его истинность — как признак необходимости завершения или продолжения цикла). Переменная, хранящая текущий номер итерации, называется счётчиком итераций цикла или просто счётчиком цикла. Цикл не обязательно содержит счётчик, счётчик не обязан быть один — условие выхода из цикла может зависеть от нескольких изменяемых в цикле переменных, а может определяться внешними условиями (например, наступлением определённого времени), в последнем случае счётчик может вообще не понадобиться.

Исполнение любого цикла включает первоначальную инициализацию переменных цикла, проверку условия выхода, исполнение тела цикла и обновление переменной цикла на каждой итерации. Кроме того большинство языков программирования предоставляют средства для досрочного завершения цикла, то есть выхода из цикла независимо от истинности условия выхода.

Основные виды циклов

1. Безусловные циклы

Иногда в программах используются циклы, выход из которых не предусмотрен логикой программы. Такие циклы называются безусловными, или бесконечными. Специальных синтаксических средств для создания бесконечных циклов, ввиду их нетипичности, языки программирования не предусматривают, поэтому такие циклы создаются с помощью конструкций, предназначенных для создания обычных (или условных) циклов. Для обеспечения бесконечного повторения проверка условия в таком цикле либо отсутствует (если позволяет синтаксис, как, например, в цикле LOOP…END LOOP языка Ада), либо заменяется константным значением (while true do … в Паскале).

2. Цикл с предусловием

Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while, отсюда его второе название — while-цикл.

3. Цикл с постусловием

Цикл с постусловием — цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until; в С++: do…while.

В трактовке условия цикла с постусловием в разных языках есть различия. В Паскале и языках, произошедших от него, условие такого цикла трактуется как условие выхода (цикл завершается, когда условие истинно, в русской терминологии такие циклы называют ещё «цикл до»), а в С++ — как условие продолжения (цикл завершается, когда условие ложно, такие циклы иногда называют «цикл пока»)…..

4. Цикл с выходом из середины

Цикл с выходом из середины — наиболее общая форма условного цикла. Синтаксически такой цикл оформляется с помощью трёх конструкций: начала цикла, конца цикла и команды выхода из цикла. Конструкция начала маркирует точку программы, в которой начинается тело цикла, конструкция конца — точку, где тело заканчивается. Внутри тела должна присутствовать команда выхода из цикла, при выполнении которой цикл заканчивается и управление передаётся на оператор, следующий за конструкцией конца цикла. Естественно, чтобы цикл выполнился более одного раза, команда выхода должна вызываться не безусловно, а только при выполнении условия выхода из цикла.

Легко видеть, что с помощью цикла с выходом из середины можно легко смоделировать и цикл с предусловием (разместив команду выхода в начале тела цикла), и цикл с постусловием (разместив команду выхода в конце тела цикла).

5. Цикл cо счётчиком

Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором for, в котором указывается счётчик (так называемая «переменная цикла»), требуемое количество проходов (или граничное значение счётчика) и, возможно, шаг, с которым изменяется счётчик.

Неоднозначен вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик. Например, если в программе на языке Паскаль встретится конструкция вида:

i := 100;

for i := 0 to 9 do begin

... тело цикла

end;

k := i;

возникает вопрос: какое значение будет в итоге присвоено переменной k: 9, 10, 100, может быть, какое-то другое? А если цикл завершится досрочно? Ответы зависят от того, увеличивается ли значение счётчика после последней итерации и не изменяет ли транслятор это значение дополнительно. Ещё один вопрос: что будет, если внутри цикла счётчику будет явно присвоено новое значение? Различные языки программирования решают данные вопросы по-разному. В некоторых поведение счётчика чётко регламентировано. В других, например, в том же Паскале, стандарт языка не определяет ни конечного значения счётчика, ни последствий его явного изменения в цикле, но не рекомендует изменять счётчик явно и использовать его по завершении цикла без повторной инициализации. Программа на Паскале, игнорирующая эту рекомендацию, может давать разные результаты при выполнении на разных системах и использовании разных трансляторов.

Радикально решён вопрос в языке Ада: счётчик считается описанным в заголовке цикла, и вне его просто не существует. Даже если имя счётчика в программе уже используется, внутри цикла в качестве счётчика используется отдельная переменная. Счётчику запрещено явно присваивать какие бы то ни было значения, он может меняться только внутренним механизмом оператора цикла. В результате конструкция

i := 100;

for i in (0..9) loop

... тело цикла

end loop;

k := i;

внешне аналогичная вышеприведённому циклу на Паскале, трактуется однозначно: переменной k будет присвоено значение 100, поскольку переменная i, используемая вне данного цикла, не имеет никакого отношения к счётчику i, который создаётся и изменяется внутри цикла. Считается, что подобное обособление счётчика наиболее удобно и безопасно: не требуется отдельное описание для него и минимальна вероятность случайных ошибок, связанных со случайным разрушением внешних по отношению к циклу переменных. Если программисту требуется включить в готовый код цикл со счётчиком, то он может не проверять, существует ли переменная с именем, которое он выбрал в качестве счётчика, не добавлять описание нового счётчика в заголовок соответствующей процедуры, не пытаться использовать один из имеющихся, но в данный момент «свободных» счётчиков. Он просто пишет цикл с переменной-счётчиком, имя которой ему удобно, и может быть уверен, что никакой коллизии имён не произойдёт.

Цикл со счётчиком всегда можно записать как условный цикл, перед началом которого счётчику присваивается начальное значение, а условием выхода является достижение счётчиком конечного значения; к телу цикла при этом добавляется оператор изменения счётчика на заданный шаг. Однако специальные операторы цикла со счётчиком могут эффективнее транслироваться, так как формализованный вид такого цикла позволяет использовать специальные процессорные команды организации циклов.

Циклические алгоритмы на языке Pascal

Зачастую необходимо не только выполнить какую-либо последовательность действий, но и повторить ее определенное количество раз. Например, если мы составляем алгоритм приготовления какого-либо блюда, где есть операция «высыпать в тару 15 кружек муки», то мы можем столкнуться с тем, что нам надо выполнить действие «высыпать в тару 1 кружку муки» 15 раз подряд, т.е. наш алгоритм, будет выглядеть следующим образом:

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;

высыпать в тару 1 кружку муки;