Файл: Обзор языков программирования высокого уровня (Основные операторы языков программирования высокого уровня).pdf

Для примера реализации операции присваивания рассмотрим задачу вычисления гипотенузы треугольника по двум известным катетам. Согласно теореме Пифагора, гипотенуза будет рассчитываться по формуле:

(1)

Бинарные арифметические операции над типом integer

Операция	Обозначение	Пример
Сложение	+	p + 2
Вычитание	-	p– 2
Умножение	*	p * 2
Деление нацело	div	p div 2
Остаток от деления	mod	p mod 2

Таблица 1

Исходный код программы:

Program Op_prisv;

var

a,b,c:real;

begin

a:=3;

b:=4;

c:=sqrt(a*a+b*b);

end.

В данной программе использованы только операторы присваивания. При этом в двух случаях переменным просто присваивается начальное значение – это катеты треугольника. А в третьем случае происходит вычисление выражения, определяющего корень из суммы квадратов катетов.

В результате выполнения данного кода программа вычислит значение гипотенузы треугольника со сторонамиa, b, и занесет это значение в переменную c.

Операторы ввода-вывода

Ввод и вывод необходимы для связи программы с внешним миром – таким образом можно получать входные данные от пользователя и выводить полученные результаты на экран. Очевидно, программа без вывода не имеет смысла. В предыдущем примере было рассмотрено вычисление гипотенузы прямоугольного треугольника, однако, без использования оператора вывода нельзя узнать результат, полученный при исполнении программы.

В языке Паскаль операторы ввода-вывода правильнее называть процедурами. Они служат для обмена данными между программой и внешними устройствами. Так, например, можно ввести данные с клавиатуры, из файла, вывести данные на экран или в файл.

Для ввода с клавиатуры в языке Паскаль существует два оператора: Readи Readln. Для вывода на экран – Writeи Writeln. Дополнение «ln» произошло от английского слова «line» - строка, линия. Операторы, заканчивающиеся на «ln» в результате своих действий переводят курсор на новую строку. Так, например, при работе оператора Write курсор останется на следующей позиции после последнего выведенного символа. А в случае оператора Read очередные данные будут считываться из той же строки, где стоит курсор.

Традиционная запись данных операторов содержит параметры, однако, их может и не быть. В таком случае оператор Writeln будет реализовывать просто переход на новую строку, а оператор Readlnбудет ждать ввода любой клавиши.

---

Кроме стандартного вывода данных в языке Паскаль предусмотрен и форматированный вывод, который существует для того, чтобы сделать отображение на экране более понятным. Форматированный вывод содержит количество позиций, которые при выводе необходимо отвести под значение переменной.

В качестве примера использования операторов ввода-вывода модифицируем задачу определения гипотенузы прямоугольного треугольника следующим образом:

Program Op_vvod_vyvod;

uses crt;

var

a,b,c:real;

begin

write('Катет a = ');

readln(a);

write('Катет b = ');

readln(b);

c:=sqrt(a*a+b*b);

writeln('Гипотенуза = ',c:3:2);

writeln('Для завершения нажмите любую клавишу...');

readln();

end.

В данной программе используются операторы ввода исходных данных – катетов прямоугольного треугольника. Для вывода результата на экран используется форматированный вывод. Результаты работы программы приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Пример работы с операторами ввода-вывода

Кроме того, в программе используется оператор Readln без параметров, который подтверждает завершение программы. Так, после нажатия любой клавиши программа выдаст сообщение о том, что ее работа завершена (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Пример работы оператора ввода без параметров

Операторы перехода

В языке Паскаль существует два вида операторов перехода – условный и безусловный.

Оператор безусловного перехода вызывает передачу управления оператору, которому предшествует соответствующая метка. Важно отметить, что данный подход не рекомендуется к использованию.

Рассмотрим пример программы с использованием оператора безусловного перехода:

ProgramOp_goto;

usescrt;

labelm1;

var

a: integer;

begin

a:=5;

goto m1;

a:=a*10;

m1: writeln('a = ', a);

end.

Рассмотрим последовательность действий данной программы. В первую очередь переменной а присваивается значение 5. Затем в программе встречается оператор безусловного перехода, который посылает компьютеру сигналу о том, что следующий оператор, подлежащий исполнению, помечен меткой m1. Следовательно, дальнейшие действия программы – вывод результата на экран, а не умножение значения переменной на 10. Важно отметить, что оператор a:=a*10 в данной программе не исполнится никогда.

Результат исполнения данного кода приведен на рисунке 4.

---

Рис. 4. Пример работы с оператором безусловного перехода

Другой вид оператора перехода – условный переход. Данный оператор служит для выбора одной из двух альтернативных ветвей алгоритма в зависимости от значения некоторого условия.

Условия в таких операторах представляют собой некоторые логические выражения, которые могут быть истинны, либо ложны. Выражения при этом могут быть простыми и сложными. Простое выражение включает в себя два операнда и операцию сравнения. Сложные представляют собой последовательность простых условий, которые объединены друг с другом знаками логических операций (больше, меньше, равно и т.п.). В языке Паскаль существует четыре логических операции:

• логическое сложение – or;
• логическое умножение – and;
• отрицание – not;
• исключающее «ИЛИ» - xor.

Операторы выбора

В том случае, когда в условном операторе необходимо использовать больше, чем две ветви, можно пойти двумя путями:

• использовать вложенные условия;
• использовать оператор выбора.

Очевидно, использование вложенных условий является не самым удобным способом решения подобных задач, поэтому в языке Паскаль был создан оператор выбора Case, синтаксис которого выглядит следующим образом:

Case<ключ>of

C_1: <операторы_1>;

C_2: <операторы_2>;

…

C_N: <операторы_N>;

else<операторы 0>

end;

В данной записи ключом называется выражение порядкового типа, в зависимости от значения которого и принимается решение. Значениями C_1, C_2, …, C_N обозначены константы - возможные варианты значения ключа, которые необходимо рассмотреть при вычислениях. Данным значениям соответствуют блоки операторов, которые исполняются, если значение ключа совпадает со значением C. Если же значение ключа не совпало ни с одной из указанных констант, выполнится блок <операторы_0>. Важно отметить, что этот блок может отсутствовать [15, c. 133].

В качестве примера использования оператора выбора рассмотрим задачу определения времени года по введенному месяцу[13, c. 80]:

Program Op_vybor;

uses crt;

var

m: integer;

begin

write('Введите номер месяца: ');

readln(m);

case m of

1,2,12: writeln('Время года - зима');

3,4,5: writeln('Время года - весна');

6,7,8: writeln('Время года - лето');

9,10,11: writeln('Время года - осень');

elsewriteln('Такого месяца не существует!');

end;

end.

В данной программе реализован оператор выбора, который в качестве констант использует сразу несколько значений, операторы для которых идентичны. Данный подход является очень удобным и позволяет сократить число ветвей программы с 13 до 5. Результат выполнения приведенного кода представлен на рисунке 5.

---

Рисунок 5. Пример работы с оператором выбора

Операторы цикла

Циклическим называется такой алгоритм, в котором задана некоторая последовательность действий для многократного исполнения. Эта последовательность действий называется телом цикла. Заметим, что тело цикла указано в алгоритме один раз, но исполняться оно может многократно. Однократное исполнение тела цикла называется итерацией. В языках программирования высокого уровня, как правило, используют три вида циклов:

• цикл с предусловием – while. Состоит из условия цикла и его тела (см. рисунок 6). Пока условие цикла будет иметь значение «истина», тело цикла будет исполняться.

Рисунок 6. Блок-схема цикла с предусловием

Как видно из блок-схемы, если условие цикла с самого начала имеет значение «Ложь», то тело цикла ни разу не будет исполнено. Если в процессе исполнения цикла условие всегда принимает значение «Истина», то цикл начинает исполняться бесконечно – происходит зацикливание. Это означает, что в алгоритме допущена ошибка. Пример использования цикла с предусловием:

Program Op_pred;

uses crt;

var

N, p: integer;

begin

write('Введитецелоечисло N = ');

readln(N);

writeln('Степени числа 2, не превосходящие ', N);

p:= 2;

while p <= N do

begin

write(p,' ');

p:= p * 2;

end;

writeln();

end.

Данная программа запрашивает у пользователя целое число, а затем выводит все степени двойки, которые не превосходят заданное число. Результат работы программы представлен на рисунке 7;

Рисунок 7. Пример работы цикла с предусловием

• цикл с постусловием – repeat-until. В данном случае сначала выполняется тело цикла, после чего проверяется выражение, записанное в блоке until (см. рисунок 8).

Рисунок 8. Блок-схема цикла с постусловием

В том случае, когда условие цикла выполнено, его тело больше не повторяется, и программа переходит к следующему оператору. Важно отметить, что тело данного цикла выполняется как минимум один раз. Примеры использования данного цикла:

ProgramOp_post;

usescrt;

varm, N, sum: integer;

begin

write('N = ');

read(N);

m:=0;

sum:=0;

repeat

m:=m+1;

sum:=sum+m;

until m=N;

writeln ('Сумма первых ',N,' чисел равна ', sum);

end.

---

В данной программе определяется сумма первых N натуральных чисел. N задается пользователем с клавиатуры;

Рисунок 9. Пример работы цикла с постусловием

• цикл с параметром – for. Данный цикл выполняется заданное количество раз. Существует две формы записи данного цикла в зависимости от того, каким образом должна изменяться переменная цикла. Если она должна увеличиваться, используется запись:

for<переменная_цикла>:=<начальное_значение>to<конечное_значение>do<операторы>.

Если же переменная цикла должна уменьшаться, используется другая запись:

for<переменная_цикла>:=<начальное_значение>downto<конечное_значение>do<операторы>.

Чаще всего данный цикл используется при обработке массивов. Рассмотрим пример подобной программы:

ProgramOp_param;

uses crt;

vari, n, sum, a: integer;

begin

write('N = ');

readln(n);

write('Введите ',n,' элементовмассива: ');

sum:=0;

for i:=1 to n do

begin

read(a);

sum:=sum+a;

end;

writeln('Сумма введенных элементов = ', sum);

end.

В данной программе у пользователя запрашивается размерность массива, а затем и сам массив. В результате выполнения программы считается сумма введенных элементов. Результат выполнения приведенного кода представлен на рисунке 10.

Рисунок 10. Пример работы цикла с параметром

2. Анализ языков программирования высокого уровня

2.1. Обзор языков программирования высокого уровня

Основой нашего анализа является статистика с ресурса Stackoverflow. Каждый год они подготавливают отчет о самых популярных языках программирования. В опросе участвуют более 50, 000 разработчиков со всего мира. Чтобы проследить динамику, мы собрали данные за 2017, 2016 год и использовали данные с GoogleTrends. 

Рисунок 11. Популярность языков в 2016 и 2017 году

Рассмотрим основные из них.

Javascript. Это один из самых популярных языков программирования. Он находится на первом место уже несколько лет подряд. По динамике видно, что этот тренд будет сохранится и дальше. Это самый кроссплатформенный язык программирования, который позволяет разрабатывать desktop, веб и мобильные приложения. Javascript имеет много удобных и гибких библиотек. Среди самых популярных стоит отметить React.js. Angular.js и Vue.js. Последняя библиотеке только набирает популярность. Vue имеет хорошую производительность и одна из самых легких для изучения. Тем не менее, ей будет тяжело выйти на столько высокий уровень популярности как другие библиотеки. Рынок уже поделен между React и Angular. 

---