Среди множества языков программирования, предназначенных для обучения именно навыкам программирования, есть один, выделяющийся особо. Язык Паскаль, названный в честь французского ученого XVII столетия Блеза Паскаля, был разработан в конце 1960-х гг. ученым из Швейцарии Никлаусом Виртом, и далеко не с образовательной целью, как этот язык воспринимают теперь.
Наоборот, в те времена ученые пробовали разные языки программирования для практического применения. И позже этот ученый позднее создал ещё два языка программирования – Оберон и Модула, которые, правда, не получили распространения среди специалистов. Если быть точным, то 1968 году была создана первая версия языка Паскаль (на основе АЛГОЛа), а 1970 году – первый компилятор.
Особенностью Паскаля является его структурная направленность – любую программу здесь можно описать в виде объединения отдельных структурных элементов, или блоков, в единое целое. Это так называемое структурное программирование, сменившее линейное программирование – простейшую организацию написания программ, когда команды процессору записываются одна за другой, без какой либо структуры.
Идея структурного программирования оказалась как актуальной на то время, так и очень плодотворной, поскольку далеко не для всех задач удается написать программу посредством указания последовательности простых команд, без разъединения последних на отдельные блоки. Действительно, только при наличии определенной структуры программы можно судить об эффективном алгоритме решения задачи.
Особенно это стало ясно после того, когда около 1970-го года профессор Хоар опубликовал две статьи: «Аксиоматическая основа программирования для вычислительных машин» и «О структурной организации данных», в которых делается попытка осмыслить правильность составления алгоритмов программ с математической точки зрения. Как раз язык программирования Паскаль и является первым из языков, в котором имеются все необходимые инструменты для проверки эффективности написанных программ.
Ещё одной отличительной особенностью Паскаля является его строгая типизация данных, среди которых возник новый ранее не использовавшийся тип – перечислимый. Фактор строгой типизации сделал репутацию Паскалю как дисциплинирующего языка, приучающий программиста к логическому мышлению.
В Паскале допускается несвязанность программного кода (в отличие от тогдашних языков COBOL и FORTRAN), то есть допускается сколь угодно большое наличие пустых строк, что удобно при форматировании при написании комментариев. Программу на Паскале можно написать хоть в одну строчку – она все ровно будет работать, если написана в соответствии с правилами.
Но с распространением этого языка программирования оказалось, что в нем не хватает многих привычных для нас элементов – возведения в степень, понятия локальной переменной, динамических массивов, возможность использования машинного языка и др. Наиболее известным выражением этого недостатка того времени является статья Кернигана «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования».
Одной из причин такого недовольства Паскалем того времени была невозможность написать программу, составленную с нескольких частей, поскольку для этого просто не было предусмотрено механизмов. Но Никлаус Вирт с коллегами в последующих выпусках Паскаля устранили все эти недочеты, следуя всем принципам программирования.
Язык Pascal (Паскаль ), изобретенный в начале 70-х годов 20-го века Н. Виртом и названный в честь французского математика и философа Блеза Паскаля, является одним из наиболее распространенных языков программиро-
вания. От других языков он выгодно отличается возможностью более ясно и логично записывать программы.
Программа на языке Паскаль состоит из двух частей: описание действий,
которые должны быть выполнены и описание данных, над которыми они вы-
полняются. В тексте программы описание данных предшествует описанию дей-
ствий. В этом выражается общее правило языка – каждый встречающийся в программе объект должен быть предварительно описан.
Описание данных состоит из описания переменных. Операторами называ-
ются действия над данными. В общем виде любая Паскаль – программа имеет вид:
заголовок программы
раздел описания переменных
раздел операторов
Заголовок программы имеет вид:
program имя программы;
Здесь слово "program " – это так называемое ключевое (или служебное или еще говорят зарезервированное) слово. Оно должно записываться именно
так (без кавычек), а не иначе. Допускается использовать как строчные, так и прописные буквы. Записи PROGRAM, Program, ProgRam – разрешены и означают одно и то же.
Так начинаются все программы, написанные на языке Паскаль. Здесь нече-
го понимать, просто так принято разработчиком языка.
В принципе допускается не использовать заголовок program , но лучше все-таки начинать программу именно с заголовка!
Имя программы – это любая последовательность букв, цифр и некоторых знаков. Такие последовательности называются идентификаторами .
Идентификатор состоит из 1-127 символов – букв, цифр или знаков подчѐрки-
вания, при этом первым должна быть буква или знак подчѐркивания. Иденти-
фикатор не должен совпадать ни с одним из ключевых слов. В идентификаторе не должно быть (. ) – точки, (, ) – запятой, самих скобок () , а также пробелов и знаков операций.
Примеры правильных идентификаторов:
Select_screen_color
Примеры неправильных идентификаторов:
3х начинается с цифры
Sum.ma внутри идентификатора есть точка
VOL VO есть пробел
2.1.1 Переменные. Стандартные типы.
Каждая переменная имеет имя и тип. Имя переменной – это произвольный идентификатор. В дальнейшем будем говорить "переменная х ", вместо "пере-
менная с именем х ".
2.1 Основные элементы языка
____________________________________________________________________
Тип переменной определяет множество еѐ возможных значений, набор до-
пустимых операций над переменной и размер занимаемой памяти.
В Паскале существуют следующие стандартные типы переменных: integer (целый), real (вещественный), boolean (логический), char
(символьный), string (строковый).
Значениями переменных целого типа являются целые (и только!) числа.
Примеры целых чисел:
Операции над целыми числами таковы:
+ (сложение), - (вычитание), * (умножение), div (деление нацело), mod
(остаток от деления двух целых чисел).
Значениями переменных вещественного типа являются вещественные чис-
ла. Определены следующие операции над вещественными числами:
+ (сложение), - (вычитание), * (умножение), / (деление).
Запись вещественных чисел похожа на общепринятую, только вместо за-
пятой используется точка и вместо степени 10 используется буква Е .
Значениями переменных логического типа является true (истина), false
(ложь). Определены операции: not (не), and (и), or (или), xor (исключающее или).
Глава 2 Введение в язык программирования Pascal
____________________________________________________________________
Значения переменных символьного типа – одиночные символы. Для пред-
ставления символов в памяти компьютера используются специальные таблицы кодирования, о которых речь пойдет позже.
Значения переменных строкового типа – цепочка символов. При записи констант символьного и строкового типа используют одиночные кавычки.
Пример .
"А" - это символ А
"Это цепочка символов"
2.1.2 Операции отношения
Существуют следующие операции отношения:
Равно, <> не равно, < меньше, > больше, <= меньше или равно,
>= больше или равно.
Результатом этих операций являются логические значения true или false.
2.1.3 Раздел описаний переменных
Этот раздел имеет вид:
var описание 1; описание 2; …; описание n;
var – ключевое слово (от английского variable – переменная)
описание имеет вид:
переменная 1, переменная 2, …, переменная m: тип;
переменная 1, переменная 2, …, переменная к: тип;
…………………………………………………………
переменная 1, переменная 2, …, переменная s: тип;
Алфавит языка Паскаль состоит из нескольких разделов:
Латинские буквы: A a B b…
Цифры: 0 1 2..9
Знаки математических операций: + - * /
Знаки математических отношений: <> =
Знаки препинания: . , : ;
Специальные знаки: { } () $ ^
Программа, записанная на языке Паскаль, может содержать следующие разделы.
Заголовок
Раздел меток
Раздел констант
Раздел типов
Раздел переменных
Раздел процедур и функций
Раздел операторов
Все программы обязательно имеют раздел заголовка и раздел операторов. Остальные составляющие могут отсутствовать. При отсутствии некоторых частей программы общий порядок их следования сохраняется.
Разделы между собой разделяются знаком ";"
Раздел операторов заключается в операторные скобки. Это зарезервированные слова begin, end. Раздел операторов заканчивается точкой. Запись внутри операторных скобок, как правило, ведется с отступом в три знака.
1) Располагать операторные скобки с одинаковым отступом от левого края, а операторы по уровням вложенности
оператор1;
оператор2;
оператор3;
2) Использовать строчные буквы для записи операторов, обозначения переменных, процедур, функций и иных компонентов программы. Хотя транслятор Паскаля позволяет использовать и прописные и строчные буквы, на практике применение последних более распространено;
3) Использовать содержательные комментарии для операторов и фрагментов программы. Это упрощает понимание принципов работы программы как другими разработчиками, так и самим автором через значительный промежуток времени.
Раздел "заголовок" начинается с зарезервированного слова, за которым указывается имя программы. В качестве имени может использоваться любой набор символов алфавита с несколькими исключениями.
§ Нельзя использовать зарезервированные слова.
§ Нельзя начинать имя с цифры.
§ При использовании имени не используется пробел.
Примеры:program one; program to_be_or_not_to_be; program x5;
Простые типы данных.
Любые данные Паскаля характеризуются своими типами. Тип определяет: формат представления данных в памяти компьютера, множество допустимых значений, принимаемое переменной или константой, принадлежащей к выбранному типу и множество допустимых операций применимых к этому типу.
Тип переменной определяется при ее описании. Одна из базовых концепций Паскаля заключается в жесткой проверке соответствия типов в операциях присваивания.
Типы данных в языке Паскаль делятся на пять основных классов.
1. Простые типы
2. Структурированные типы
3. Ссылочные типы
4. Процедурные типы
5. Объектные типы
К простым типам относятся: целочисленные типы, вещественные типы, логический тип, символьный тип, перечисляемый тип, интервальный тип.
Среди этих видов выделяют подмножества типов, отличных от вещественного, называемых порядковым типом.
Порядковые типы обладают четырьмя характеристиками.
1. Все возможные значения данного порядкового типа представляют собой упорядоченное множество и каждое возможное значение связано с порядковым номером, который является целым числом.
2. Значения любого порядкового типа, за исключением целочисленного начинается с порядкового номера ноль (следующий порядковый номер 1, 2, 3…) .
3. Порядковым номером значения целочисленного типа является само значение.
4. В любом порядковом типе каждому значению кроме первого есть предыдущее и каждому значению кроме последнего есть последующее.
К данным любого порядкового типа можно применить любую из пяти операций.
Стандартная операция Ord возвращает порядковый номер указанного значения. Значение указывается в скобках.
Стандартная операция Pred возвращает значение, предшествующее указанному, если эта функция применяется к первому значению данного типа, то выдается сообщение об ошибке.
Стандартная операция Succ возвращает следующее значение за указанным, если операция применяется к последнему элементу типа, то выдается сообщение об ошибке.
Стандартная операция Low возвращает наименьшее значение в диапазоне порядкового типа, указанного данного.
Стандартная операция High возвращает наибольшее значение в диапазоне порядкового типа, указанного данного.
В языке Паскаль имеется пять предопределенных, целочисленных типов (таблица 6). Каждый тип обозначает определенное подмножество целых чисел.
Таблица 6 – Целочисленные типы языка Паскаль
По умолчанию, как правило, для целочисленных данных выбирается тип integer.
Верхнее граничное значение и нижнее граничное значение целочисленных типов задаются как константы и имеют соответствующее имя. В тексте программы данные целочисленных типов записываются в десятичном или шестнадцатеричном формате и не должны содержать десятичные точки.
Пример:
1 - целый тип
1.0 - вещественный тип
100 - десятичный формат (100)
#100 - шестнадцатеричный формат (256)
Над целочисленными данными возможно выполнение операций сложения, вычитания и умножения, а также операций сравнения. Тип целой константы представляет собой встроенный целочисленный тип с наименьшим диапазоном, включающий значение данной константы. Выражение справа в операторе присваивания вычисляется независимо от размера или типа переменной слева.
К логическому типу относятся данные типа Boolean.
Значением логического типа могут являться два значения: true
(1) и false
(0). Для данных логического типа применимы только две операции сравнения: равно и не равно. Переменные типа boolean
занимают один байт.
Символьный тип char представляет собой тип данных, предназначенный для хранения одного символа (буквы, знака или кода). В переменную этого типа может быть помещен любой из 256 символов расширенного кода ASCII. Переменная типа char занимает один байт памяти. Значения типа char задаются в апострофах. Кроме того можно задавать значения используя код из таблицы ASCII. Над данными символьного типа можно выполнять операции сравнения.
Перечисляемый тип определяется как упорядоченный набор идентификаторов, заданный путем их перечисления. При этом список идентификаторов разделенных запятой указывается в круглых скобках. Задается перечисляемый тип в разделе type.
Пример:
type A=(2, 4, 1, 7);
B=("c", "L", "3", "|");
Значения переменных перечисляемого типа не могут вводиться с клавиатуры и выводиться на экран.
Интервальный тип данных определяется посредством задания подмножества значений одного из ранее определенных типов. Можно использовать все простые типы, за исключением вещественного. При задании диапазона указывается наименьшее и наибольшее значения, разделенные двумя точками. При этом оба значения обязательно одного типа.
К вещественному типу относится подмножество вещественных чисел, представленных в формате с плавающей точкой и фиксированным числом цифр.
В Паскале имеется пять видов вещественных типов (таблица 7).
Таблица 7 – Вещественные типы языка Паскаль
Действия над типами с одинарной, двойной, повышенной точностью и
сложным типом могут выполняться не всеми реализациями языка Паскаль. Поэтому считается, что постоянно доступным является только тип Real.
Язык программирования Pascal был создан Никлаусом Виртом, и назван в честь французского философа и математика XVII в. Блеза Паскаля. В то время Вирт был профессором информатики в Федеральном техническом университете в Швейцарии и нуждался в языке, с помощью которого можно было обучать студентов навыкам программирования.
Концепция Паскаля была разработана Н. Виртом примерно в 1970 году и Паскаль быстро получил широкое распространение благодаря легкости его изучения, наглядности составленных на нем текстов программ. Поскольку Паскаль послужил основой для разработки других языков программирования, таких как Ада и Модула-2, и поскольку многие языки содержат аналогичные Паскалю структуры, знание Паскаля является солидной базой для изучения других языков программирования.
В середине 70-х годов была создана попытка разработать международный стандарт на Паскаль. В результате в 1982 году появился стандарт ИСО 7185.
Язык Паскаль стараниями Андерса Хейлсберга превратился в мощную профессиональную систему программирования Turbo Rascal. После просуществовавшей сравнительно недолго и не получившей широкое распространения версии 1.0 в середине 1984 года появляется версия 2.0. Распространение которой пошло стремительными темпами. К осени 1985 года появляется версия3.0, отличающаяся от версии 2.0 следующими особенностями: компилятор и редактор стали работать существенно быстрее, появилась возможность передачи параметров в программу с помощью команды RUN, стал возможным вызов MS-DOS из программы, стала удобной работа с файлами. С начала 1988 года начинает распространяться версия 4.0.
Здесь Турбо Паскаль представлен в совершенно новой форме. Не только становится еще более быстрым компилятором, но и появляется совершенно новое программное окружение. Появилась возможность разбиения программы на части (модули), компилируемые по отдельности. К осени 1988 года появилась версия 5.0 с еще белее развитым программным окружением. Здесь заслуживает внимания прежде всего встроенный отладчик. Турбо Паскаль может использоваться в большинстве существующих для персональных компьютеров операционных систем.
Появление инструментальных средств Borlаnd Pascal with Objects и Delphi для разработки программ в среде Windows лишний раз показала какие по истине неисчерпаемые возможности таит в себе Паскаль. Borland Pascal и используемый в Delphi язык Object Pascal основываются на Turbo Pascal и развивают его идеи.
Delphi - компилятор языка Pascal. Delphi 1 был первым инструментарием разработки Windows приложений, объединившим в себе оптимизирующий компилятор, визуальную среду программирования и мощные возможности работы с базами данных. Годом позже Delphi 2 предложил все то же, но на новом уровне современной 32-битной операционной системы Windows 95 и Windows NT. Кроме того, Delphi 2 предоставил программисту 32-битовый компилятор, создававший более быстрые и эффективные приложения, мощные библиотеки объектов.
Продолжительная работа команды разработчиков Delphi привела к появлению в третьей версии продукта расширенного набора инструментов для создания приложений, возможности использования технологий COM для разработки приложений WWW и многих других современных технологий программирования.
Delphi 4 является очередным шагом в эволюции компиляторов Паскаля с тех времен, когда более 16 лет назад Андерс Хейлсберг создал первый компилятор Turbo Pascal.
Больше, применяемых сегодня, никаких языков программирования период 60-х годов не принес, зато, как только он перешел на период 70-х годов сразу же в 1970-м году был разработан Паскаль, тот самый, который и сегодня изучается в школьной программе Информатики и на котором объясняется консольное программирование.
Язык Паскаль был создан Никлаусом Виртом в 1968-1969 годах после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68. Язык назван в честь французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля, который создал первую в мире механическую машину, складывающую два числа. Первая публикация Вирта о языке датирована 1970 годом, представляя язык, автор указывал в качестве цели его создания - построение небольшого и эффективного языка, способствующего хорошему стилю программирования, использующему структурное программирование и структурированные данные. Последующая работа Вирта была направлена на создание на основе Паскаля языка системного программирования, с сохранением возможности вести на его базе систематический, целостный курс обучения профессиональному программированию. Результат этой работы - язык Модула-2. Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Вирта, язык должен способствовать дисциплинированному программированию, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.
Тем не менее, первоначально язык имел ряд ограничений: невозможность передачи функциям массивов переменной длины, отсутствие нормальных средств работы с динамической памятью, ограниченная библиотека ввода-вывода, отсутствие средств для подключения функций написанных на других языках, отсутствие средств раздельной компиляции и т. п. Подробный разбор недостатков языка Паскаль того времени был выполнен Брайаном Керниганом в статье «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования» (эта статья вышла в начале 1980-х, когда уже существовал язык Модула-2, потомок Паскаля, избавленный от большинства его пороков, а также более развитые диалекты Паскаля). Некоторые недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров. Однако многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 1970-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. К 1980-м годам Паскаль стал основой для многочисленных учебных программ, в отдельных случаях на его основе были созданы специализированные обучающие языки программирования, так, в начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники Андрей Ершов разработал алголо-паскалеподобный «учебный алгоритмический язык».
Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившей широкое распространение и развитие языка, является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшая затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой были внедрены значительные расширения языка.
Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal для DOS и Delphi для Windows, стали популярны из-за отсутствия других успешных коммерческих реализаций.