Файл: Понятие переменной в программировании. Виды и типы переменных.pdf

Язык программирования Pascal был создан в 1974 году швейцарским программистом Николасом Виртом и назван в честь французского физика, математика, философа Б. Паскаля (1624-1663), который являлся автором Паскалины – первой в мире суммирующей вычислительной машины (1642 год).

Язык первоначально создавался с целью обучения программированию. По словам Вирта «… разработка языка программирования Паскаль базировалась на 2-х принципиальных концепциях. Первая состоит в том, чтобы создать язык, приспособленный к изучению программирования как систематической дисциплине, что базируется на некоторых фундаментальных постулатах, ясно и естественно отображенных в языке.

Вторая обеспечивала разработку конкретных представлений рассматриваемого языка, что были бы надежными и эффективными на современных ЭВМ.»

Сейчас можно говорить с уверенностью о том, что Вирт все-таки достиг поставленной цели. Язык Паскаль – не только наилучший язык для обучения программирования, дает возможности осуществить простые реализации его на современных ПК, использовать его в качестве языка системного программирования, а и является базой при создании более мощных языков программирования.

Актуальность темы курсовой работы состоит в применении понятия переменной в программировании на примере языка Паскаль, поскольку реализация доступа к памяти при создании программ является одним из самых оптимальных и современных подходов.

Объект исследования – теория языков программирования.

Предмет исследования – принципы применения переменной в программировании.

Основной целью исследования является изучение применения переменных на примере языка Паскаль.

В соответствии с рассмотренной целью выделены задачи:

– рассмотреть основные понятия теории языков программирования;

– описать классификацию языков программирования;

– охарактеризовать язык программирования Паскаль;

– рассмотреть понятие переменной;

– дать характеристику типов данных переменных на языке Паскаль.

В работе используется язык Паскаль, так как он является одним из самых удобных для начального изучения программирования.

Проблему использования переменных изучали разные ученые: Н.Вирт, Дж.Соллоу, А.Пахомов, Д.Фаронов. Как результат исследования учеными были выпущены учебники и пособия по изучению языка Паскаль.

1.Основы теории языков программирования

1.1.Понятие языка программирования

Языком программирования называют любую систему обозначений, понятий для описания структуры данных и алгоритмов.

Языки программирования – это формальные искусственные языки, которые имеют:[5]

– алфавит;

– синтаксис;

– семантику.

Алфавит – это набор символов, которые программисту разрешено использовать при написании программы.

Синтаксис – это система правил, которая предназначена для записи конструкции языка.

Семантика – это набор правил, на базе которых следует толковать эти конструкции.

Все языки программирования применяются при написании программных продуктов для компьютеров (или ЭВМ – электронных вычислительных машин).

Основное с точки зрения работы программиста – иметь систему команд, при работе с которыми производятся операции над различными данными (или иные действия). При программировании рассматриваются компьютеры – реальные и виртуальные – построенную по принципах фон Неймана.

Принцип работы ПК следующий. Данные, а также команды хранятся в памяти ПК. Устройство управления анализирует очередную команду, потом переносит ее в арифметическое устройство из памяти нужные программисту значения и сообщает ему, какую именно операцию необходимо выполнять.

Результат выполнения программы сохраняется в памяти ПК (или ожидает следующей операции в арифметическом устройстве.

Любую систему обозначений, а также и согласованную с ней связанную систему понятий, что можно использовать для характеристики алгоритмов и структур информации, в первом приближении считают языками программирования.

Но здесь речь идет только об специальных универсальных языках программирования, что нашли широкое применение для разработки программ в самых различных областях человеческой жизнедеятельности. Каждый из таких языков создавался для конкретных целей и имеет достоинства и недостатки. [10]

Для того чтобы оптимально использовать и реализовывать имеющиеся языки программирования, нужно хорошо знать их фундаментальные понятия, которые лежат в основе их проектирования.

Знание всех концептуальных оснований теории языков программирования с точки зрения реализации и использования и базовых языковых конструкций позволяет:[15]

– более обоснованно выбирать язык программирования для создания конкретного проекта;

– разрабатывать эффективные алгоритмы;

– пополнять систематически набор полезных конструкций языков программирования;

– ускорить изучение самых новых языков программирования;

– применить полученные знания как основу для разработки новейших языков программирования;

– получать базовые знания, которые необходимы для разработки трансляторов языков программирования, поддерживающих различные вычислительные модели.

Применяемые программистами языки программирования часто отличаются своим синтаксисом и функциональными возможностями. Некоторые различия в синтаксисе играют только незначительную роль при изучении основ языка программирования, а в то время как само наличие или отсутствие функциональных возможностей влияет существенно на реализацию, а также область применения языка.[15]

1.2. Парадигмы языков программирования

На сегодняшний день имеются четыре основные парадигмы языков программирования, отражающие вычислительные модели, с помощью которых описывается большинство существующих методов программирования (рис.1):

Рисунок 1 – Парадигмы программирования

Парадигма программирования – это совокупность методов, подходов, стратегий, понятий и идей, определяющая стиль создания программ.

Парадигма программирования в нынешней индустрии программирования часто определяется набором разных инструментов программиста (операционная система, язык программирования и т.д.).

Парадигмы программирования представляют (и определяют) то, как именно программист видит выполнение своей программы. Например, для объектно-ориентированного программирования программист рассматривает программу в качестве набора взаимодействующих объектов, а в функциональном программировании та же программа представляется как цепочка вычисления функций.

Приверженность человека к какой-то одной парадигме носит иногда настолько сильный характер, что спор о преимуществах или недостатках различных парадигм приравниваются в околокомпьютерных кругах по накалу к «религиозным» войнам.

Императивное программирование – это парадигма программирования, которая, описывает процесс вычисления с помощью инструкций, изменяющих состояние создаваемой программы. Императивная программа похожа на приказы, которые выражаются повелительным наклонением в человеческих языках, то есть, последовательность команд, которые нужно выполнить компьютеру.

Императивные языки противопоставляются функциональным и логическим. Функциональные языки, такие как Haskell, не используют последовательность инструкций и совсем не имеют глобального состояния.

Функциональное программирование – это раздел дискретной математики, а также парадигм программирования, для которой процесс вычисления трактуют как вычисление значений некоторой функции в математическом понимании последних.[4]

Логическое программирование — это парадигма программирования, изучающая методы и возможности на выводе новых фактов согласно заданным логическим правилам. [16]

Все программы, написанные с помощью логического программирования основаны на теории математической логики. Одним из самых известных языков логического программирования является язык Prolog, являющийся по сути универсальной машиной для вывода, работающей в замкнутом мире фактов.

Первым языком, который поддерживал логическое программирование был язык под названием Planner, в котором заложена возможность автоматического вывода результатов из данных и правил перебора вариантов.

Planner применялся для того, чтоб понизить требования для вычислительных ресурсов и обеспечивать возможность вывода фактов, не используя стек. Далее был создан язык Prolog, который вовсе не требовал плана для перебора вариантов и также был, в этом смысле, некоторым упрощением языка Planner.[20]

Объектно-ориентированное программирование — парадигма программирования, для которой основными концепциями являются термины объектов и классов.

Класс – это тип, который описывает устройство объектов. Понятие класса подразумевает некоторое поведение или способ представления. Термин «объект» подразумевает нечто, что может обладать определённым поведением или способом представления. Говорят также, что объект – экземпляр класса. Класс также можно сравнить с неким чертежом, согласно которому и создаются объекты. Обычно все классы разрабатывают так, чтобы их объекты также соответствовали объектам из предметной области.

1.3.Классификация языков программирования

Рассмотрим классификацию языков программирования в разрезе их поколений.

Поколение 1GL. Сюда относятся, языки низкого уровня - бинарные языки процессоров, представляющие набор (алфавит) команд, которые записаны в двоичном коде, которые данный процессор выполняет непосредственно или сразу подать на арифметическо-логическое устройство центрального процессора.
Поколение 2GL. К этому поколению относятся системные языки, ассемблеры, автокоды, языки среднего уровня, языки, понятные человеку и переводимые в языки низкого уровня, машинный двоичный код. Само программирование на 2GL производительнее, чем в 1GL, поскольку более удобны они для человеческого восприятия. [12]
Поколение 3GL – это языки высокого уровня – текстовые языки, которые приближенные по словарю и своему синтаксису к человеческому языку, позволяющие записывать конструкции в форме, что является удобной для человеческого мышления, подобные обычному тексту. Программирование на 3GL производительнее, чем для 2GL, поскольку более удобны для восприятия и короче ассемблерных.
Поколение 4GL – языки визуального программирования для составления блок-схем, позволяющие отображать разные алгоритмы в проектах, что значительно облегчает создание, а также анализ алгоритмов.
Поколение 5GL – это интеллектуальные языки программирования, которые позволяют передавать функцию создания алгоритма компьютеру, а за программистом остается лишь постановка задачи. Программирование на языках этого поколения на порядок производительнее, нежели на 4GL.[8]

Заметим, что заметное увеличение производительности труда программистов оборачивается увеличением самой нагрузки на процессор или память, то есть программа, полученная средствами следующего поколения, имеет большую длину выполняемого кода, а значит и расхода вычислительных ресурсов, памяти компьютера.

Хотя поколения языков сложились исторически, это вовсе не означает, что языки ранних поколений себя изжили. Они применяются для своих задач, например, для написания программ для простейших устройств, имеющих малый объем памяти, типа банковских карт и т.д.

В первой главе курсовой работы рассмотрены основные понятия теории языков программирования, а именно, дано определения языка программирования, описаны основные парадигмы, которые используются при написании программ, приведена классификация языков программирования в разрезе их поколений.

2.Понятие переменной. Применение переменных на языке Паскаль

2.1. Понятие о языке Паскаль

Язык программирования Паскаль был разработан Никлаусом Виртом в институте информатики (Цюрих, Швейцария). Первоначальная цель для разработки языка – необходимость тренажера для изучения программирования. Однако очень скоро наблюдалась чрезвычайная эффективность языка в самых разных приложениях: от решения небольших математических задач до разработки сложнейших программных систем - баз данных, компиляторов, операционных систем и прочее.

К настоящему времени Паскаль принадлежит к группе самых распространенных и популярных языков программирования в мире. Существуют также многочисленные реализации языка почти для всех архитектур, разработаны десятки его диалектов и проблемно-ориентированных надстроек.[3]

Название языку Н.Вирт дал в честь выдающегося ученого Блеза Паскаля. Стоит отметить, что первоначально язык компилировался подобно языку Java в байт-код.

Особенностями этого языка являются строгая типизация, а также наличие средств структурного программирования. Паскаль был в свое время одним из самых первых таких языков. По словам Н. Вирта, язык программирования должен способствовать дисциплинированию программиста, поэтому, наряду с строгой типизацией, в языке Паскаль сводятся к минимуму возможные неоднозначности в синтаксисе, а сам синтаксис понятен даже при самом первом знакомстве с ним.[6]