Общие сведения о языке программирования Free Pascal

2.4.4 Тип дата-время

Тип данных дата-время TDateTime предназначен для одновременного хранения даты и времени. В памяти компьютера он занимает восемь байтов и фактически представляет собой вещественное число, где в целой части хранится дата, а в дробной — время.

2.4.5 Логический тип данных

Данные логического типа могут принимать только два значения: истина (true) или ложь (false). В стандартном языке Pascal был определён лишь один логический тип данных — boolean. Логические типы данных, определённые в языке Free Pascal, представлены в табл. 2.3.

Пример объявления логической переменной:

var FL : boolean;

2.4.6 Создание новых типов данных

Несмотря на достаточно мощную структуру встроенных типов данных, в среде Lazarus предусмотрен механизм создания новых типов. Для этого используют служебное слово type:

type новый_тип_данных = определение_типа;

Когда новый тип данных создан, можно объявлять соответствующие ему переменные:

var список_переменных: новый_тип_данных;

Применение этого механизма мы рассмотрим в следующих параграфах.

2.4.7 Перечислимый тип данных

Перечислимый тип задаётся непосредственным перечислением значений, которые он может принимать:

var имя_переменной: (значение_1, значение_2,..., значение_N);

Такой тип может быть полезен, если необходимо описать данное, которое принимает ограниченное число значений. Например:

	
var
animal : ( fox, rabbit );
color : ( yellow, blue, green );

Применение перечислимых типов делает программу нагляднее:

type //Создание нового типа данных — времена года.
year_seasons = ( winter, spring, summer, autumn );
var //Описание соответствующей переменной.
yt : year_seasons;

2.4.8 Интервальный тип

Интервальный тип задаётся границами своих значений внутри базового типа:

var

имя_переменной: минимальное_значение.. максимальное_значение;

Обратите внимание, что в данной записи два символа точки рассматриваются как один, поэтому пробел между ними не допускается. Кроме того, левая граница диапазона не должна превышать правую. Например:

var
date : 1.. 3 1;
symb : ’ a ’.. ’ h ’;

Применим механизм создания нового типа данных:

type
//Создание перечислимого типа данных — дни недели.
Week_days = (Mo, Tu, We, Th, Fr, Sa, Su );
//Создание интервального типа данных — рабочие дни.
Working_days = Mo.. Fr;
var //Описание соответствующей переменной days — рабочие дни.
days : Working_days;

2.4.9 Структурированные типы

Структурированный тип данных характеризуется множественностью образующих его элементов. В языке Free Pascal это массивы, строки, записи, множества и файлы.

Массив — совокупность данных одного и того же типа Подробно о массивах см. в главе 5 . Число элементов массива фиксируется при описании типа и в процессе выполнения программы не изменяется.

Для описания массива используют ключевые слова array...of:

имя_массива : array [ список_индексов ] of тип_данных;

где:

Например:

var
//Одномерный массив из 10 целых чисел.
a : array [ 1.. 10 ] of byte;
//Двумерный массив вещественных чисел (3 строки, 3 столбца).
b : array [ 1.. 3, 1.. 3 ] of real;

Ещё один способ описать массив — создать новый тип данных. Например, так:

type
//Объявляется новый тип данных — трёхмерный массив целых чисел.
massiv=array [ 0.. 4, 1.. 2, 3.. 5 ] of word;
var //Описывается переменная соответствующего типа.
M: massiv;

Для доступа к элементу массива достаточно указать его порядковый номер, а если массив многомерный (например таблица), то несколько номеров:

имя_массива[номер_элемента]

Например: a[5], b[2, 1], M[3, 2, 4].

Строка — последовательность символов. В Lazarus строка трактуется как массив символов, то есть каждый символ строки пронумерован, начиная с единицы.

При использовании в выражениях строка заключается в апострофы. Описывают переменные строкового типа так:

имя_переменной : string;

или:

имя_переменной : string [ длина_строки ];

Например:

const S= ’СТРОКА ’;
var
Str1 : string;
Str2 : string [ 255 ];
Stroka : string [ 100 ];

Если при описании строковой переменной длина строки не указывается, это означает, что она составляет 255 символов. В приведённом примере строки Str1 и Str2 одинаковой длины.

Запись — это структура данных, состоящая из фиксированного количества компонентов, называемых полями записи. В отличие от массива поля записи могут быть разного типа. При объявлении типа записи используют ключевые слова record..end:

имя_записи = record список_полей end;

здесь имя_записи — любой допустимый идентификатор, список_полей — описания полей записи. Например:

//Описана структура записи.
//Каждая запись содержит информацию о студенте и
//состоит из двух полей — имя и возраст.
type
student = record
name : string;
age : byte;
end;
var
//Объявлены соответствующие переменные — три объекта типа запись.
a, b, c : student;

Доступ к полям записи осуществляется с помощью составного имени:

имя_записи.имя_поля

Например:

a. name:= ’ Ivanov  Ivan ’;
a. age := 18;
b. name:=a.name;

Оператор присоединения with имя_записи do упрощает доступ к полям записи:

with a do
begin
name:= ’ Petrov  Petr ’;
age := 19;
end;

Множество — это набор логически связанных друг с другом объектов. Количество элементов множества может изменяться от 0 до 255. Множество, не содержащее элементов, называется пустым. Для описания множества используют ключевые слова set of:

имя_множества = set of базовый_тип_данных;

Например:

type
TwoNumbers = set of 0.. 1;
var
Num1, Num2, Num3 : TwoNumbers;

Файл — это именованная область внешней памяти компьютера. Файл содержит компоненты одного типа (любого типа, кроме файлов). Длина созданного файла не оговаривается при его объявлении и ограничивается только ёмкостью диска, на котором он хранится. В Lazarus можно объявить типизированный файл:

имя_файловой_переменой = file of тип_данных;

нетипизированный файл:

имя_файловой_переменой = file;

и текстовый файл:

имя_файловой_переменой = TextFile;

Например:

var
f1 : file of byte;
f2 : file;
f3 : TextFile;

2.4.10 Указатели

Как правило, при обработке оператора объявления переменной

имя_переменной: тип_переменной

компилятор автоматически выделяет память под переменную имя_переменной в соответствии с указанным типом. Доступ к объявленной переменной осуществляется по её имени. При этом все обращения к переменной заменяются адресом ячейки памяти, в которой хранится её значение. При завершении подпрограммы, в которой была описана переменная, память автоматически освобождается.

Доступ к значению переменной можно получить иным способом — определить собственные переменные для хранения адресов памяти. Т акие переменные называют указателями.

Указатель — это переменная, значением которой является адрес памяти, где хранится объект определённого типа (другая переменная). Как и любая переменная, указатель должен быть объявлен. При объявлении указателей всегда указывается тип объекта, который будет храниться по данному адресу:

var имя_переменной : ^тип;

Такие указатели называют типизированными. Например:

var p : ^ integer;
//По адресу, записанному в переменной p,
//будет храниться переменная типа int,
//или, другими словами, p указывает
//на тип данных integer.

В языке Free Pascal можно объявить указатель, не связанный с каким либо конкретным типом данных. Для этого применяют служебное слово pointer:

var имя_переменной : pointer;

Например:

var x, y : pointer;

Подобные указатели называют нетипизированными и используют для обработки данных, структура и тип которых меняются в процессе выполнения программы, то есть динамически.

2.5 Операции и выражения

Выражение задаёт порядок выполнения действий над данными и состоит из операндов (констант, переменных, обращений к функциям), круглых скобок и знаков операций, например a+b*sin(cos(x)). В табл. 2.4 представлены основные операции языка программирования Free Pascal.

В сложных выражениях порядок, в котором выполняются операции, соответствует приоритету операций. В языке Free Pascal приняты следующие приоритеты:

Использование скобок в выражениях позволяет менять порядок вычислений.

Перейдём к подробному рассмотрению основных операций языка.

2.5.1 Арифметические операции

Операции +, –, *, / относят к арифметическим операциям. Их назначение понятно и не требует дополнительных пояснений.

Операции целочисленной арифметики (применяются только к целочисленным операндам):

К операциям битовой арифметики относятся следующие операции: and, or, xor, not, shl, shr. В операциях битовой арифметики действия происходят над двоичным представлением целых чисел.

Арифметическое И (and) Конъюнкция. . Оба операнда переводятся в двоичную систему, затем над ними происходит логическое поразрядное умножение операндов по следующим правилам:

1 and 1 = 1

1 and 0 = 0

0 and 1 = 0

0 and 0 = 0

Например, если $$A = 14$$ и $$B = 24$$, то их двоичное представление — $$A = 0000000000001110$$ и $$B = 0000000000011000$$. В результате логического умножения A and B получим 0000000000001000 или 8 в десятичной системе счисления (рис. 2.1). Таким образом, $$A\B = 14\24 = 8$$.

Арифметическое ИЛИ (or) Дизъюнкция. . Здесь оба операнда также переводятся в двоичную систему, после чего над ними происходит логическое поразрядное сложение операндов по следующим правилам:

1 or 1 = 1

1 or 0 = 1

0 or 1 = 1

0 or 0 = 0

Например, результат логического сложения чисел $$A = 14$$ и $$B = 24$$ будет равен A or B = 30 (рис. 2.2).

Арифметическое исключающее ИЛИ (xor). Оба операнда переводятся в двоичную систему, после чего над ними происходит логическая поразрядная операция xor по следующим правилам:

1 xor 1 = 0

1 xor 0 = 1

0 xor 1 = 1

0 xor 0 = 0

Арифметическое отрицание (not). Эта операция выполняется над одним операндом. Применение операции not вызывает побитную инверсию Побитная инверсия — замена в двоичном представлении числа нулей единицами, единиц — нулями. двоичного представления числа (рис. 2.3).

Сдвиг влево (M shl L). Двоичное представление числа $$M$$ сдвигается влево на $$L$$ позиций. Рассмотрим операцию 15 shl 3. Число 15 в двоичной системе имеет вид 1111. При сдвиге его на 3 позиции влево получим 1111000. В десятичной системе это двоичное число равно 120. Итак, 15 shl 3 = 120 (рис. 2.4).

Заметим, что сдвиг на один разряд влево соответствует умножению на два, на два разряда — умножению на четыре, на три — умножению на восемь. Таким образом, операция M shl L эквивалентна умножению числа $$M$$ на 2 в степени $$L$$.

Сдвиг вправо (M shr L). В этом случае двоичное представление числа $$M$$ сдвигается вправо на $$L$$ позиций, что эквивалентно целочисленному делению числа $$M$$ на 2 в степени $$L$$. Например, 15 shr 1 = 7 (рис. 2.5), 15 shr 3 = 2.

2.5.2 Операции отношения

Операции отношения применяются к двум операндам и возвращают в качестве результата логическое значение. Таких операций семь: >, >=, <, <=, =, <>, in. Результат операции отношения — логическое значение true (истина) или false (ложь).

Назначение операций >, >=, <, <=, =, <> понятно. Результат операции 2 > 3 — ложь, $$5 \ge 4$$ — истина. Результат операции $$x \le y$$ зависит от конкретных значений $$x$$ и $$y$$. Поясним, как работает операция in. Первым операндом этой операции должно быть любое выражение, вторым — множество, состоящее из элементов того же типа. Результат операции true (истина), если левый операнд принадлежит множеству, указанному справа.

2.5.3 Логические операции

В языке Free Pascal определены следующие логические операции or, and, xor, not. Логические операции выполняются над логическими значениями true (истина) и false (ложь). В табл. 2.5 приведены результаты логических операций.

В логических выражениях могут использоваться операции отношения, логические и арифметические.

2.5.4 Операции над указателями

При работе с указателями используют операции получения адреса и разадресации.

Операция получения адреса @ возвращает адрес своего операнда. Например:

var
a : real; //Объявлена вещественная переменная а
adr_a :^ real; //Объявлен указатель на тип real
...
adr_a:=@a; //Оператор записывает в переменную adr_a
		//адрес переменной a

Операция разадресации ^ возвращает значение переменной, хранящееся по заданному адресу:

var
a : real; //Объявлена вещественная переменная а
adr_a :^ real; //Объявлен указатель на тип real
...
a:=adr_a ^; //Оператор записывает в переменную a
		//значение, хранящееся по адресу adr_a.

2.6 Стандартные функции

В языке Free Pascal определены стандартные функции над арифметическими операндами (табл. 2.6).

Определённую проблему представляет возведение $$x$$ в степень $$n$$. Если значение степени $$n$$ — целое положительное число, то можно $$n$$ раз перемножить $$x$$ (что даёт более точный результат и при целом $$n$$ предпочтительней) или воспользоваться формулой Формула формируется следующим образом: логарифмируем выражение $$x^n$$, получается $$n ln(x)$$, затем экспоненцируем последнее.

которая программируется с помощью стандартных функций языка:

Данную же формулу можно использовать для возведения $$x$$ в дробную степень $$n$$, где $$n$$ — обыкновенная правильная дробь вида $$k/l$$, а знаменатель $$l$$ — нечётный. Если знаменатель $$l$$ — чётный, это означает извлечение корня чётной степени, следовательно, есть ограничения на выполнение операции (x > 0).

При возведении числа $$x$$ в отрицательную степень следует помнить, что

Таким образом, для программирования выражения, содержащего возведение в степень, надо внимательно проанализировать значения, которые могут принимать $$x$$ и $$n$$, так как в некоторых случаях возведение $$x$$ в степень $$n$$ невыполнимо.

Некоторые функции, предназначенные для работы со строками, представлены в табл. 2.7.

Поясним назначение функции FloatToStrF(V,F,P,D). Обычно её используют для форматированного вывода вещественного числа. Значения параметра F представлены в табл. 2.8, P — количество символов в формируемой из числа строке, D — количество символов в дробной части числа.

Примером работы функции FloatToStrF служит фрагмент программы:

var
n : integer;
m: real;
St : string;
begin
n : = 5;
m: = 4. 8;
St := ’Иванов А. ’;
//Выражение chr(13) — символ окончания строки.
//Для вывода вещественного числа m отводится 4 позиции
//вместе с точкой, две позиции после точки.
	Label1. Caption := ’Студент ’+St+ ’ сдал ’+IntToStr ( n)+
		’ экзаменов. ’+ chr (13)+ ’Средний балл составил ’+
			FloatToStrF (m, ffFixed, 4, 2 );
end;

Его результатом будет фраза:

Студент Иванов А. сдал 5 экзаменов.

Средний балл составил 4.80.

В табл. 2.9 приведены функции, предназначенные для работы с датой и временем.

Если в процессе работы над программой возникает необходимость в создании переменной, размер которой неизвестен заранее, используют динамическую память Динамическая память — это область памяти, которая в процессе компиляции отводится для хранения временных данных. . В языке Free Pascal операции распределения памяти осуществляются по средством представленными в табл. 2.10.

С подробным описанием приведённых в этой главе функций и множеством других функций можно ознакомиться в справочной системе Lazarus.

Рассмотрим решение задачи с использованием стандартных функций.

Прежде чем приступить к написанию программы, вспомним математические формулы, необходимые для решения задачи. Для вычисления площади треугольника применим теорему Герона: $$S=\sqrt{r(r-a)(r-b)(r-c)}$$, где $$r = (a + b + c)/2$$ — полупериметр; один из углов найдём по теореме косинусов:

$$\cos(\alpha)=\left(b^2+c^2-a^2\right)/(2\cdot b\cdot c)$$; второй по теореме синусов: $$\sin(\beta) =b/a \cdot\sin(\alpha)$$; третий по формуле: $$\gamma=\pi-(\alpha+\beta)$$.

Решение задачи можно разбить на следующие этапы:

Процесс разработки несложного программного интерфейса описан в главе 1. Попытайтесь самостоятельно разработать внешний вид данной программы. Разместите на форме десять меток, три поля ввода и одну кнопку. Измените заголовки формы и меток (свойство Caption) в соответствии с табл. 2.11. В качестве свойства Text компонентов Edit1, Edit2, Edit3 установите пробел. В результате форма должна выглядеть так, как показано на рис. 2.7.

Итак, проект формы готов. В окне программного кода среды Lazarus автоматически сформировал структуру модуля, перечислив названия основных разделов. Двойной щелчок по кнопке Вычислить приведёт к созданию процедуры TForm1.Button1Click в разделе implementation:

procedure TForm1. Button1Click ( Sender : TObject );
begin
end;

и её описанию в разделе interface. Понятно, что созданная процедура не содержит ни одной команды. Задача программиста — заполнить шаблон описаниями и операторами. Все команды, указанные в процедуре между словами begin и end, будут выполнены при щелчке по кнопке Выполнить. В нашем случае процедура TForm1.Button1Click будет иметь вид:

procedure TForm1. Button1Click ( Sender : TObject );
//Описание переменных:
// a, b, с - стороны треугольника;
// alfa, beta, gamma - углы треугольника;
// S - площадь треугольника;
// r - полупериметр треугольника
//Все переменные вещественного типа.
var a, b, c, alfa, beta, gamma, S, r : real;
begin
//Из полей ввода Edit1, Edit2, Edit3 считываются введенные строки,
//с помощью функции StrToFloat(х) преобразовываются
//в вещественные числа и записываются в переменные а, b, c.
a:= StrToFloat ( Edit1. Text );
b:= StrToFloat ( Edit2. Text );
c := StrToFloat ( Edit3. Text );
//Вычисление значения полупериметра.
r :=( a+b+c ) / 2;
//Вычисление значения площади,
//для вычисления применяется функция:
// sqrt(х) - корень квадратный из х.
S:= sqrt ( r * ( r - a ) * ( r - b ) * ( r - c ) );
//Вычисление значения угла alfa в радианах.
//Для вычисления применяем функции:
// acos(х) - арккосинус x;
// sqr(х) - возведение х в квадрат.
alfa := arccos ( ( sqr ( b)+ sqr ( c)-sqr ( a ) ) / 2 / b/ c );
//Вычисление значения угла beta в радианах.
//Для вычисления применяем функции:
// asin(х) - арксинус x;
beta := arcsin ( b/a * sin ( a l f a ) );
//Вычисление значения угла gamma в радианах.
//Математическая постоянная определена функцией без аргумента pi.
gamma:= pi -( alfa+beta );
//Перевод из радиан в градусы.
alfa := alfa * 180/ p i;
beta := beta * 180/ p i;
gamma:=gamma * 180/ p i;
//Для вывода результатов вычислений используем
//операцию слияния строк "+" и функцию FloatToStrF(х),
//которая преобразовывает вещественную переменную х в строку
//и выводит ее в указанном формате, в нашем случае
//под переменную отводится три позиции, включая точку
//и ноль позиций после точки.
//Величины углов в градусах выводятся на форму
//в соответствующие объекты типа надпись.
Label6. Caption := ’ alfa= ’+FloatToStrF ( alfa, ffFixed, 3, 0 );
Label7. Caption := ’ beta= ’+FloatToStrF ( beta, ffFixed, 3, 0 );
Label8. Caption := ’gamma= ’+FloatToStrF (gamma, ffFixed, 3, 0 );
//Используем функцию FloatToStrF(х) для форматированного
//вывода, в нашем случае под все число отводится пять позиции,
//включая точку, и две позиций после точки.
//Значения площади и периметра выводятся на форму.
Label9. Caption := ’Периметр P= ’+FloatToStrF (2 * r, ffFixed, 5, 2 );
Label10. Caption := ’Площадь S= ’+FloatToStrF ( S, ffFixed, 5, 2 );
end;

Обратите внимание, что были написаны всего десять команд, предназначенных для решения поставленной задачи. Остальной текст в окне редактора создаётся автоматически. В результате весь программный код (без комментариев) имеет вид:

unit Unit1;
{$mode objfpc}{$H+}
interface
uses
Classes, SysUtils, LResources, Forms, Controls, Graphics,
Dialogs, StdCtrls, Math;
type
	{ TForm1 }
	TForm1 = class (TForm)
		Button1 : TButton;
		Edit1 : TEdit;
		Edit2 : TEdit;
		Edit3 : TEdit;
		Label1 : TLabel;
		Label10 : TLabel;
		Label2 : TLabel;
		Label3 : TLabel;
		Label4 : TLabel;
		Label5 : TLabel;
		Label6 : TLabel;
		Label7 : TLabel;
		Label8 : TLabel;
		Label9 : TLabel;
procedure Button1Click ( Sender : TObject );
private
	{ private declarations }
public
	{ public declarations }
end;
var
	Form1 : TForm1;
implementation
{ TForm1 }
procedure TForm1. Button1Click ( Sender : TObject );
	var a, b, c, alfa, beta, gamma, S, r : real;
	begin
		a:= StrToFloat ( Edit1. Text );
		b:= StrToFloat ( Edit2. Text );
		c := StrToFloat ( Edit3. Text );
		r :=( a+b+c ) / 2;
		S:= sqrt ( r * ( r - a ) * ( r - b ) * ( r - c ) );
		alfa := arccos ( ( sqr ( b)+ sqr ( c)-sqr ( a ) ) / 2 / b/ c );
		beta := arcsin ( b/a * sin ( alfa ) );
		gamma:= pi -( alfa+beta );
		alfa := alfa * 180/ p i;
		beta := beta * 180/ p i;
		gamma:=gamma * 180/ p i;
		Label6. Caption := ’ a l f a= ’+FloatToStrF ( alfa, ffFixed, 3, 0 );
		Label7. Caption := ’ beta= ’+FloatToStrF ( beta, ffFixed, 3, 0 );
		Label8. Caption := ’gamma= ’+FloatToStrF (gamma, ffFixed, 3, 0 );
		Label9. Caption := ’Периметр P= ’+
			FloatToStrF (2 * r, ffFixed, 5, 2 );
		Label10. Caption := ’Площадь S= ’+FloatToStrF ( S, ffFixed, 5, 2 );
	end;
initialization
	{$I unit1.lrs}
end.

На рис. 2.8 представлено диалоговое окно, которое появится, если запустить эту программу, щёлкнув по кнопке Вычислить.

Теперь напишем консольное приложение для решения этой задачи. Для этого запустим текстовый редактор Geany. Выполним команду Файл — New with Template — Pascal Source File. В открывшемся окне реактора введём следующий текст программы.

program pr3;
//Подключение модуля для работы с математическими функциями,
//см. табл. 2.6.
uses math;
//Описание всех используемых переменных.
var a, b, c, r, s, alfa, beta, gamma : real;
begin
//Ввод сторон трегольника.
writeln ( ’Введите стороны треугольника ’ );
readln ( a, b, c );
//Вычисление значения полупериметра.
R:=( a+b+c ) / 2;
//Вычисление значения площади,
//для вычисления применяется функция:
// sqrt(х) — корень квадратный из х.
S:= sqrt ( r * ( r - a ) * ( r - b ) * ( r - c ) );
//Вычисление значения угла alfa в радианах.
//Для вычисления применяем функции:
// acos(х) - арккосинус x;
// sqr(х) — возведение х в квадрат.
alfa := arccos ( ( sqr ( b)+ sqr ( c) - sqr ( a ) ) / 2 / b/ c );
//Вычисление значения угла beta в радианах.
//Для вычисления применяем функции:
// asin(х) - арксинус x;
beta := arcsin ( b/a * sin ( alfa ) );
//Вычисление значения угла gamma в радианах.
//Математическая постоянная определена
//функцией без аргумента pi.
gamma:= pi - ( alfa+beta );
//Перевод из радиан в градусы.
alfa := alfa * 180/ p i;
beta := beta * 180/ p i;
gamma:=gamma * 180/ p i;
//Вывод площади и сторон треугольника.
writeln ( ’Площадь треугольника = ’, S : 6 : 2 );
writeln ( ’ alf= ’, alfa : 6 : 2, ’  bet= ’, beta : 6 : 2, ’ gam= ’,gamma : 6 : 2 );
end.

Для компиляции программы в Geany необходимо выполнить команду Построить — Собрать (F8), для запуска — Построить — Выполнить (F5). На рис. 2.9 представлены результаты работы программы.

Введите стороны треугольника
3 4 5
Площадь треугольника = 6.00
alf= 36.87 bet= 53.13 gam= 90.00