Основные понятия языка

Типы данных

Данные, с которыми работает программа, хранятся в оперативной памяти. Компилятору необходимо точно знать, сколько места они занимают, как именно закодированы и какие действия с ними можно выполнять. Все это задается при описании данных с помощью типа. Тип данных однозначно определяет:

Например, целые и вещественные числа, даже если они занимают одинаковый объем памяти, имеют совершенно разные диапазоны возможных значений; целые числа можно умножать друг на друга, а, например, символы — нельзя. Каждое выражение в программе имеет определенный тип. Компилятор использует информацию о типе при проверке допустимости описанных в программе действий.

Классификация типов

Рассмотрим классификацию типов в таблица 1.2.

Стандартные типы не требуют предварительного определения. Для каждого типа существует ключевое слово, которое используется при описании переменных, констант и т. д. Если же тип данных определяет сам программист, он описывает его характеристики и дает ему имя, которое затем применяется точно так же, как имена стандартных типов. Описание собственного типа данных должно задавать всю информацию, необходимую для его использования: внутреннее представление и допустимые действия.

Стандартные типы данных

Логические типы

Внутреннее представление. Основной логический тип данных Паскаля называется boolean. Величины этого типа занимают в памяти 1 байт и могут принимать всего два значения: true (истина) или false (ложь). Внутреннее представление значения false — 0 (нуль), значения true — 1.

Операции. К величинам логического типа применяются логические операции ). Для наглядности вместо значения false в таблице используется 0, а вместо true — 1.

Операция and называется ' логическое И ', или логическое умножение. Ее результат имеет значение true, только если оба операнда имеют значение true.

Результат операции or ( логическое ИЛИ, логическое сложение) имеет значение true, если хотя бы один из операндов имеет значение true. Например, false or true true, true or true true.

Операция xor — так называемое исключающее ИЛИ, или операция неравнозначности. Ее результат истинен, когда значения операндов не совпадают.

Логическое отрицание not является унарной операцией, то есть имеет один операнд, который и инвертирует. Например, not true даст в результате false.

Величины логического типа можно сравнивать между собой с помощью . Результат этих операций имеет логический тип.

Целые типы

). Внутреннее представление определяет диапазоны допустимых значений величин (от нулей до единиц во всех двоичных разрядах).

). Результат их выполнения всегда целый (при делении дробная часть отбрасывается).

К целым величинам можно также применять операции отношения, а также поразрядные операции and, or, xor и not. При выполнении этих операций каждая величина представляется как совокупность двоичных разрядов. Действие выполняется над каждой парой соответствующих разрядов операндов: первый разряд с первым, второй — со вторым, и т. д. Например, результатом операции 3 and 2 будет 2, поскольку двоичное представление числа 3 — 11, числа 2 — 10.

Для работы с целыми величинами предназначены также операции сдвига влево shl и вправо shr. Слева от знака операции указывается, с какой величиной будет выполняться операция, а справа — на какое число двоичных разрядов требуется сдвинуть величину. Например, результатом операции 12 shr 2 будет значение 3, а выполнив операцию 12 shl 1, то есть сдвинув это число влево на 1 разряд, получим 24. Освободившиеся при сдвиге влево разряды заполняются нулями, а при сдвиге вправо — знаковым разрядом.

(в тригонометрических функциях угол задается в радианах).

inc(x) — увеличить х на 1
inc(x, 3) — увеличить х на 3

dec(x) — уменьшить х на 1
dec (x, 3)  — уменьшить х на 3

Вещественные типы

Внутреннее представление.Вещественные типы данных хранятся в памяти компьютера иначе, чем целые. Внутреннее представление вещественного числа состоит из двух частей — мантиссы и порядка, и каждая часть имеет знак. Например, число 0,087 представляется в виде 0,87 10^–1, и в памяти хранится мантисса 87 и порядок –1 (для наглядности мы пренебрегли тем, что данные на самом деле представляются в двоичной системе счисления и несколько сложнее).

Существует несколько вещественных типов, различающихся точностью и диапазоном представления данных (таблица 1.8). Точность числа определяется длиной мантиссы, а диапазон — длиной порядка.

Величины типа . Результат их выполнения — вещественный.

В общем случае при выполнении любой операции операнды должны быть одного и того же типа, но целые и вещественные величины смешивать разрешается.

К вещественным величинам можно также применять операции отношения.

Стандартные функции.К вещественным величинам можно применять стандартные функции, приведенные в таблице 1.10 (в тригонометрических функциях угол задается в радианах).

round(3.1) даст в результате 3
round (3.8) даст в результате 4

Символьный тип

Этот тип данных, обозначаемый ключевым словом char, служит для представления любого символа из набора допустимых символов. Под каждый символ отводится 1 байт. К символам можно применять операции отношения (<, <=, >, >=, =, <>), при этом сравниваются коды символов. Меньшим окажется символ, код которого меньше. Других операций с символами нет. Стандартных подпрограмм для работы с символами тоже немного (таблица 1.11).

ord('b') даст в результате 98 
ord('ю')  даст в результате 238

chr(98) даст в результате 'b'
chr(238) даст в результате 'ю '

Порядковые типы

В группу порядковых объединены целые, символьный, логический, перечисляемый и интервальный типы. Сделано это потому, что они обладают следующими общими чертами:

При изучении операторов Паскаля мы увидим, что в некоторых из них допускается использовать только величины порядковых типов.

Приведение типов

Иногда при программировании требуется явным образом преобразовывать величину одного типа в величины другого. Для этого служит операция приведения типа, которая записывается так:

имя_типа (преобразуемая_величина)

Например:

integer ('A')
byte(500)

Размер преобразуемой величины должен быть равен числу байтов, отводимых под величины типа, в который она преобразуется. Исключение составляют преобразования более длинных целых типов в более короткие: в этом случае лишние биты просто отбрасываются. Приведение типа изменяет только точку зрения компилятора на содержимое ячеек памяти, никакие преобразования внутреннего представления при этом не выполняются.

Линейные программы

Линейной называется программа, все операторы которой выполняются в том порядке, в котором они записаны. Это самый простой вид программ.

Переменные

Переменная — это величина, которая во время работы программы может менять свое значение. Все переменные, используемые в программе, должны быть описаны в разделе описания переменных, начинающемся со служебного слова var. Для каждой переменной задается ее имя и тип, например:

var number : integer;
    x, y   : real;
    option : char;

Имя переменной определяет место в памяти, по которому находится значение переменной. Имя дает программист. Оно должно отражать смысл хранимой величины и быть легко распознаваемым.

Тип переменных выбирается исходя из диапазона и требуемой точности представления данных.

При объявлении можно присвоить переменной некоторое начальное значение, то есть инициализировать ее. Под инициализацией понимается задание значения, выполняемое до начала работы программы. Инициализированные переменные описываются после ключевого слова const.

const number : integer = 100;
      x      : real = 0.02;
      option : char = 'ю';

По умолчанию все переменные, описанные в главной программе, обнуляются.

Выражения

Выражение — это правило вычисления значения. В выражении участвуют операнды, объединенные знаками операций. Операндами выражения могут быть константы, переменные и вызовы функций. Операции выполняются в определенном порядке в соответствии с приоритетами, как и в математике. Для изменения порядка выполнения операций используются круглые скобки, уровень их вложенности практически не ограничен.

Результатом выражения всегда является значение определенного типа, который определяется типами операндов. Величины, участвующие в выражении, должны быть совместимых типов. Например, допускается использовать в одном выражении величины целых и вещественных типов. Результат такого выражения будет вещественным.

Ниже приведены операции Паскаля, упорядоченные по убыванию приоритетов.

Функции, используемые в выражении, вычисляются в первую очередь.

Примеры выражений:

Порядок вычисления первого выражения такой: сначала выполняется обращение к стандартной функции sin и результат делится на 2, затем получившееся число умножается на x, и только после этого выполняется сложение с переменной t. Скобки в третьем выражении необходимы по той причине, что приоритет операций отношения ниже, чем логической операции and .

Структура программы

Программа на Паскале состоит из заголовка, разделов описаний и раздела операторов.

program имя;                { заголовок – не обязателен }
    разделы описаний
begin
    раздел операторов
end.                        (* программа заканчивается точкой *)

Программа может содержать комментарии, заключенные в фигурные скобки { } или в скобки вида (* *). Комментарии служат для документирования программы — компилятор их игнорирует, поэтому на их содержимое никаких ограничений не накладывается. Операторы отделяются друг от друга символом ; (точка с запятой).

В разделе операторов записываются исполняемые операторы программы. Ключевые слова begin и end не являются операторами, а служат для их объединения в так называемый составной оператор, или блок. Блок может записываться в любом месте программы, где допустим обычный оператор.

Разделы описаний бывают нескольких видов: описание модулей, констант, типов, переменных, меток, процедур и функций. Модуль — это подключаемая к программе библиотека ресурсов (подпрограмм, констант и т. п.).

Раздел описания модулей, если он присутствует, должен быть первым. Описание начинается с ключевого слова uses, за которым через запятую перечисляются все подключаемые к программе модули, как стандартные, так и собственного изготовления, например:

uses crt, graph, my_module;

Количество и порядок следования остальных разделов произвольны, ограничение только одно: любая величина должна быть описана до ее использования. Признаком конца раздела описания является начало следующего раздела. В программе может быть несколько однотипных разделов описаний.

В разделе описания переменных необходимо определить все переменные, которые будут использоваться в основной программе. Раздел описания констант служит для того, чтобы вместо значений констант можно было использовать в программе их имена. Такие константы называют именованными, например:

const   MaxLen = 100; g = 9.8;
        koeff = 5;

Применение именованных констант при осмысленном выборе имен улучшает читабельность программы и облегчает внесение в нее изменений. А еще в разделе описания констант описываются переменные, которым требуется присвоить значение до начала работы программы:

const weight : real = 61.5;

Синтаксически такая переменная отличается от константы наличием типа. Впоследствии ею можно пользоваться так же, как и другими переменными.

Раздел описания меток начинается с ключевого слова label, за которым через запятую следует перечисление всех меток, встречающихся в программе. Метки служат для организации перехода на конкретный оператор с помощью оператора безусловного перехода goto. Метка — это либо имя, либо положительное число, не превышающее 9999. Метка ставится перед любым исполняемым оператором и отделяется от него двоеточием:

label 1, 2, error;

Оператор присваивания

Присваивание — это занесение значения в память. В общем виде оператор присваивания записывается так:

переменная := выражение

Здесь символами := обозначена операция присваивания. Механизм выполнения оператора присваивания такой: вычисляется выражение и его результат заносится в память по адресу, который определяется именем переменной, находящейся слева от знака операции:

переменная <- выражение

Примеры операторов присваивания:

a := b + c / 2;
b := a;
a := b;
x := 1;
x := x + 0.5;

Обратите внимание: b := a и a := b — это совершенно разные действия!

Правая и левая части оператора присваивания должны быть совместимы по присваиванию (о совместимости мы поговорим в конце третьей лекции). Например, выражение целого типа можно присвоить вещественной переменной.

Процедуры ввода-вывода

Любая программа при вводе исходных данных и выводе результатов взаимодействует с внешними устройствами. Совокупность стандартных устройств ввода и вывода, то есть клавиатуры и экрана дисплея, называется консолью. Обмен данными с консолью является частным случаем обмена с внешними устройствами.

Ввод с клавиатуры

Для ввода с клавиатуры определены процедуры read и readln.

read(список); 
readln[(список)];

В скобках указывается список имен переменных через запятую. Квадратные скобки указывают на то, что список может отсутствовать. Например:

read(a, b, c);
 readln(y);
 readln;

Вводить можно целые, вещественные, символьные и строковые величины. Вводимые значения должны разделяться любым количеством пробельных символов (пробел, табуляция, перевод строки).

Ввод значения каждой переменной выполняется так.

Например, при вводе вещественного числа 3.78 в переменную типа real оно преобразуется из четырех символов (3, 'точка', 7 и 8) в шестибайтовое представление в виде мантиссы и порядка.

Процедура readln после ввода всех значений выполняет переход на следующую строку исходных данных. Иными словами, если в следующей части программы есть ввод, он будет выполняться из следующей строки исходных данных. При использовании процедуры read очередные исходные данные будут взяты из той же строки. Процедура readln без параметров просто ожидает нажатия клавиши Enter.

Особенность ввода символов и строк состоит в том, что пробельные символы в них ничем не отличаются от всех остальных, поэтому разделителями являться не могут. Например, пусть определены переменные

var a : integer;
    b : real;
    c : char;

и в программе есть процедура ввода read(a, b, c). Допустим, переменной а надо задать значение, равное 2, переменной b — 3,78, а в c записать символ #. Любой вариант расположения исходных данных приведет к неверному результату, потому что после второго числа требуется поставить пробельный символ для того, чтобы его можно было распознать, и этот же символ будет воспринят как значение переменной c.

Правильным решением является ввод чисел и символов в разных процедурах и размещение символов в отдельной строке, например:

readln(a, b);
 readln(c);

Ввод данных выполняется через буфер — специальную область оперативной памяти. Фактически данные сначала заносятся в буфер, а затем считываются оттуда процедурами ввода. Занесение в буфер выполняется по нажатию клавиши Enter вместе с ее кодом ( #13 #10 ). Процедура read, в отличие от readln, не очищает буфер, поэтому следующий после нее ввод будет выполняться с того места, на котором закончился предыдущий, то есть начиная с символа конца строки.

read(a);     { считывается целое }
write('Продолжить? (y/n) ');
readln(c); { вместо ожидания ввода символа считывается символ #13 из предыдущего ввода }

Чтобы избежать подобной ситуации, следует вместо read использовать readln.

Вывод на экран

При выводе выполняется преобразование из внутреннего представления в символы, выводимые на экран. Для этого определены стандартные процедуры write и writeln.

write(список); 
writeln[(список)];

Процедура write выводит указанные в списке величины на экран, а writeln вдобавок к этому переводит курсор на следующую строку. Процедура writeln без параметров просто переводит курсор на следующую строку.

Выводить можно величины логических, целых, вещественных, символьного и строкового типов. В списке могут присутствовать не только имена переменных, но и выражения, а также их частный случай — константы. Кроме того, для каждого выводимого значения можно задавать его формат, например:

writeln('Значение a = ', a:4, ' b = ', b:6:2, sin(a) + b);

Рассмотрим этот оператор подробно (переменные a и b описаны выше). В списке вывода пять элементов, разделенных запятыми. В начале записана строковая константа в апострофах, которая выводится без изменений, со всеми пробелами. В непосредственной близости от нее будет выведено значение целой переменной a. После имени переменной через двоеточие указано количество отводимых под нее позиций, внутри которых значение выравнивается по правому краю.

Третьим элементом списка является строковая константа, поясняющая расположенное после нее значение переменной b. Для b указаны две форматные спецификации, означающие, что под эту переменную отводится всего шесть позиций, причем две из них — под дробную часть (еще одна позиция будет занята десятичной точкой, итого на целую часть остается три позиции).

Последний элемент списка вывода — выражение, значение которого будет выведено в форме по умолчанию (с порядком):

Значение a =    2 b =   3.78 4.6892974268E+00

Теперь, когда мы познакомились с примером, можно сформулировать общие правила записи процедур вывода.

Теперь наконец-то мы изучили достаточно материала, чтобы с полным пониманием написать первую законченную программу.

Пример. Программа, которая переводит температуру в градусах по Фаренгейту в градусы Цельсия по формуле: С = 5/9 (F – 32), где C — температура по Цельсию, а F — температура по Фаренгейту.

program temperature;
var fahr, cels : real;                                                        { 1 }
begin
    writeln('Введите температуру по Фаренгейту');                             { 2 }
    readln(fahr);                                                             { 3 }
    cels := 5 / 9 * (fahr – 32);                                              { 4 }
    writeln('По Фаренгейту: ', fahr:6:2, ' в градусах Цельсия: ', cels:6:2);  { 5 }
end.

Для хранения исходных данных и результатов требуется выделить место в памяти. Это сделано в операторе 1. Для переменных fahr и cels выбран вещественный тип real. Оператор 2 представляет собой приглашение ко вводу данных.

Ввод выполняется в операторе 3 с помощью процедуры readln. В операторе 4 вычисляется выражение, записанное справа от операции присваивания, и результат присваивается переменной cels. При вычислении целые константы преобразуются компилятором в вещественную форму. В пятом операторе выводятся исходное и рассчитанное значение с соответствующими пояснениями.