для чего предназначен язык паскаль
Учитель информатики
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
Общие сведения о языке программирования Паскаль
§ 3.1. Общие сведения о языке программирования Паскаль
Информатика. 8 класса. Босова Л.Л. Оглавление
Ключевые слова:
• язык программирования
• программа
• алфавит
• служебные слова
• типы данных
• структура программы
• оператор присваивания
Языки программирования — это формальные языки, предназначенные для записи алгоритмов, исполнителем которых будет компьютер. Записи алгоритмов на языках программирования называются программами.
Существует несколько тысяч языков программирования. Мы с вами познакомимся с языком программирования Паскаль, который был разработан в 70-х годах прошлого века Никлаусом Виртом (Швейцария). Своё название этот язык получил в честь французского учёного Блеза Паскаля, известного не только своими достижениями в математике, физике и философии, но и созданием первой в мире механической машины, выполнявшей сложение двух чисел.
Язык Паскаль считается универсальным языком программирования, так как он может применяться для записи алгоритмов решения самых разных задач (вычислительных, обработки текстов, построения графических изображений, поиска информации и т. д.).
1 С другими стилями программирования вы познакомитесь при изучении курса информатики в 10-11 классах.
Никлаус Вирт (род. в 1934 г.) — швейцарский учёный, специалист в области информатики, один из известнейших теоретиков в области разработки языков программирования, профессор компьютерных наук. Разработчик языка Паскаль и ряда других языков программирования.
Рекомендуем вам зайти на сайт (http://pascalabc.net) — PascalABC.NET. Здесь вы найдёте много полезной информации для начинающих программистов, сможете скачать систему программирования PascalABC.NET.
3.1.1. Алфавит и словарь языка
Основой языка программирования Паскаль, как и любого другого языка, является алфавит — набор допустимых символов, которые можно использовать для записи программы. Это:
• латинские прописные буквы (А, В, С, …, X, Y, Z);
• латинские строчные буквы (а, Ь, с, …, х, у, z);
• арабские цифры (0, 1, 2, …, 7, 8, 9);
• специальные символы (знак подчёркивания; знаки препинания; круглые, квадратные и фигурные скобки; знаки арифметических операций и др.).
В качестве неделимых элементов (составных символов) рассматриваются следующие последовательности символов:
:= (знак операции присваивания);
>= и 
Для обозначения констант, переменных, программ и других объектов используются имена — любые отличные от служебных слов последовательности букв, цифр и символа подчёркивания, начинающиеся с буквы или символа подчёркивания.
Прописные и строчные буквы в именах не различаются.
Длина имени может быть любой. Для удобства мы будем пользоваться именами, длина которых не превышает 8 символов.
3.1.2. Типы данных, используемые в языке Паскаль
В языке Паскаль используются различные типы данных. Мы будем пользоваться некоторыми из так называемых простых типов данных (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Некоторые типы данных в языке Паскаль
1 1 integer — основной, но не единственный тип для работы с целочисленными данными. Дополнительную информацию по этому вопросу вы можете найти в справочниках по программированию на языке Паскаль.
В вещественном числе целая часть от дробной отделяется точкой, при этом перед точкой и после неё должно быть, по крайней мере, по одной цифре. Пробелы внутри числа недопустимы.
3.1.3. Структура программы на языке Паскаль
В программе, записанной на языке Паскаль, можно выделить:
1) заголовок программы;
2) блок описания используемых данных;
3) блок описания действий по преобразованию данных (программный блок).
Заголовок программы состоит из служебного слова program и имени программы. После имени программы ставится точка с запятой.
2 В 8 классе мы ограничимся рассмотрением разделов описания констант и переменных, оставив изучение других разделов для старшей школы.
Имена переменных одного типа перечисляются через запятую, затем после двоеточия указывается их тип; описание каждого типа заканчивается точкой с запятой. Ниже приведён пример раздела описания переменных:
Программа может не иметь заголовка; в ней может отсутствовать блок описания данных. Обязательной частью программы является программный блок. Он содержит команды, описывающие алгоритм решения задачи. Программный блок начинается со слова begin и заканчивается словом end с точкой.
Ниже приведён общий вид программы:
Операторы — языковые конструкции, с помощью которых в программах записываются действия, выполняемые над данными в процессе решения задачи.
Точка с запятой служит разделителем между операторами, а не является окончанием соответствующего оператора.
Перед оператором end точку с запятой ставить не нужно.
3.1.4. Оператор присваивания
Основное преобразование данных, выполняемое компьютером, — присваивание переменной нового значения, что означает изменение содержимого области памяти; оно осуществляется оператором присваивания, аналогичным команде присваивания алгоритмического языка. Общий вид оператора:
Операция присваивания допустима для всех приведённых в табл. 3.2 типов данных. Выражения в языке Паскаль конструируются по рассмотренным ранее правилам для алгоритмического языка.
Рассмотрим процесс выполнения операторов присваивания на следующем примере:
При выполнении оператора а:=10 в ячейку оперативной памяти компьютера с именем а заносится значение 10; при выполнении оператора b:=5 в ячейку оперативной памяти компьютера с именем b заносится значение 5. При выполнении оператора s:=a+b значения ячеек оперативной памяти с именами а и b переносятся в процессор, где над ними выполняется операция сложения. Полученный результат заносится в ячейку оперативной памяти с именем s (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Процесс выполнения оператора присваивания
САМОЕ ГЛАВНОЕ
Паскаль — универсальный язык программирования, получивший своё название в честь выдающегося учёного Блеза Паскаля.
В языке Паскаль используются различные типы данных: целочисленный (integer), вещественный (real), символьный (char), строковый (string), логический (boolean) и другие.
В программе, записанной на языке Паскаль, можно выделить:
1) заголовок программы;
2) описание используемых данных;
3) описание действий по преобразованию данных (программный блок).
Общий вид программы:
Вопросы и задания
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Дополняет ли презентация информацию, содержащуюся в тексте параграфа? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?
2. В честь кого назван язык программирования Паскаль? Подготовьте краткую биографическую справку об этом учёном.
3. Почему язык программирования Паскаль считается универсальным?
4. Что входит в состав алфавита языка Паскаль?
5. Каких требований следует придерживаться при выборе имён для различных объектов в языке Паскаль?
6. Указывая название, обозначение, диапазон и занимаемую область памяти, опишите известные вам типы данных, используемые в языке Паскаль.
7. В чём разница между числами 100 и 100.0 в языке Паскаль?
8. Какую структуру имеет программа, записанная на языке Паскаль?
9. Как записывается раздел описания переменных?
10. Запишите раздел описания переменных, необходимых для вычисления:
а) значения функции у = х 2 ;
б) площади прямоугольника;
в) стоимости покупки, состоящей из нескольких тетрадей и такого же количества обложек;
г) стоимости покупки, состоящей из нескольких тетрадей, нескольких ручек и нескольких карандашей.
11. Опишите процесс выполнения операторов присваивания. а:=3; b:=4; а:=а+b
12. Запишите оператор для:
а) вычисления среднего арифметического переменных х1 и х2;
б) уменьшения на единицу значения переменной k;
в) увеличения на единицу значения переменной i;
г) вычисления стоимости покупки, состоящей из нескольких тетрадей, нескольких ручек и нескольких карандашей.
§ 3.1. Общие сведения о языке программирования Паскаль
Паскаль (язык)
Паскаль (англ. Pascal ) — высокоуровневый язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применяется в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для большого числа других языков. Был создан Никлаусом Виртом в 1970, после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68.
Содержание
История
Паскаль был создан как язык для обучения процедурному программированию (хотя, по словам Вирта, язык нельзя считать только учебным, поскольку язык, непригодный для написания реальных программ, для обучения использоваться не должен). Название языку дано в честь выдающегося французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля. Один из первых языков, для которых была создана реализация «на самом себе» — компилятор Паскаля был написан на самом Паскале. В начале 1970-х годов для переноса Паскаль-систем на различные аппаратные платформы была создана система Pascal-P, в которой был единый компилятор Паскаля в промежуточный язык (P-код) и для каждой платформы создавался быстрый интерпретатор P-кода. Заимствование этой системы привело к созданию системы UCSD Pascal в Университете Сан-Диего (Калифорния, США), намного позже её идеи были заимствованы создателями языка байт-код, компиляция в байт-код, интерпретатор байт-кода).
Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Н. Вирта, язык должен способствовать дисциплинированию программирования, 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» (интересно, что 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.
Необходимо заметить, что многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 70-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. В начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники академик А. П. Ершов разработал алголо-паскалеподобный «алгоритмический язык».
Никлаус Вирт понимал недостатки созданного им языка, но, следуя традициям академической среды и собственным принципам, согласно которым «неподходящий инструмент надо не исправлять, а заменять», не стал его развивать дальше, а разработал новые языки семейства: Модула-2 и Оберон. В противоположность этому промышленные традиции и достоинства языка побудили многие коммерческие и некоммерческие организации продолжать разрабатывать и развивать системы программирования именно на основе языка Паскаль, подвергая язык произвольному расширению, добавляя в него, часто совершенно механически, новые средства и синтаксические конструкции.
Особенности
Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившая широкое распространение и развитие языка является Turbo Pascal фирмы Kylix — Delphi для Linux, в настоящее время оба этих проекта фактически заморожены).
Важным шагом в развитии языка является появление свободных реализаций языка Паскаль Free Pascal и GNU Pascal, которые не только вобрали в себя черты множества других диалектов языка, но и обеспечили чрезвычайно широкую переносимость написанных на нем программ (например GNU Pascal поддерживает более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами,Free Pascal поддерживает некоторые мобильные платформы). Free Pascal обеспечивает специальные режимы совместимости с различными распространенными диалектами языка(Turbo Pascal(полная совместимость), Delphi и другими).
Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal и Delphi стали де-факто стандартом в силу широкой распространенности этих средств разработки, и затем получили дальнейшее развитие в рамках свободных проектов.
Пользуются популярностью такие версии языка как Free Pascal, GNU Pascal и TMT Pascal. Продолжает использоваться и Borland Pascal.
Синтаксис и языковые конструкции
Паскаль, в его первоначальном виде, представляет собою чисто процедурный язык и включает в себя множество Алголоподобных структур и конструкций с зарезервированными словами наподобие if, then, else, while, for, и т. д. Тем не менее, Паскаль также содержит большое количество возможностей для структурирования информации и абстракций, которые отсутствуют в изначальном Алголе-60, такие как определение типов, записи, указатели, перечисления, и множества. Эти конструкции были частично унаследованы или инспирированы от языков Симула-67, Алгол-68, созданного Никлаусом Виртом AlgolW и предложены Хоаром. В современных диалектах (Free Pascal) доступны такие операции как перегрузка операторов и функций.
Hello world
Таким образом, простейшая программа на Паскале будет выглядеть следующим образом:
Программа не выполняет никаких действий и содержит пустой блок операторов.
Пример программы, выводящей строку ‘Hello, World!’:
Типы данных
Примитивные типы данных Паскаля: типы с плавающей запятой(real), целые(integer), char, boolean и перечисления (конструктор нового типа, введённый в Паскале):
Выделяется понятие порядковых типов данных (ordinal), к ним относятся целые типы(знаковые и беззнаковые), логический(boolean), символьный(char), перечислимые типы и типы-диапазоны.
Порядковые типы задаются целым числом(кодом), которое можно получить с помощью функции ord. Все операции, выполняемые над порядковыми типами, выполняются с их кодами.
Диапазоны содержат подмножество значений других порядковых типов:
В паскале в отличии от си-подобных языков с типами boolean, char арифметические целочисленные операции не определены.
В отличие от многих распространенных языков, Паскаль поддерживает специальный тип данных множество:
Множество — фундаментальное понятие в современной математике, которое может быть использовано во многих алгоритмах. В паскале тип множество может содержать только однотипные элементы порядкового типа. Эта особенность широко используется и обычно быстрее эквивалентной конструкции в языке, не поддерживающем множества. К примеру, для большинства компиляторов Паскаля:
обработается быстрее, чем
Для задания значения множества используется список элементов множества, отделенных запятыми и заключенный в квадратные скобки (как уже было показано выше):
Паскаль поддерживает использование указателей(типизированные ^тип и нетипизированные pointer):
Здесь переменная pointer_to_b — указатель на тип данных b, запись. Тип типизированного указателя может быть задан перед объявлением типа на который он ссылается. Это исключение к правилу, которое гласит, что любая вещь должная быть объявлена перед тем, как используется. Введение этого исключения позволило организовывать рекуррентные определения структур данных, в том числе такие, как линейные списки, стеки и очереди, включая указатель на запись в описании этой записи (см. также нулевой указатель(nil)).
Для типизированного указателя определена операция разыменования(ее синтаксис: указатель^)
Чтобы создать новую запись и присвоить значение 10 и символ A полям a и b в ней, необходимы следующие операторы:
Для целей обращения к полям записей и объектов можно также использовать оператор with, как показано в примере:
Операторы управления выполнением программы
Паскаль — язык структурного программирования, что означает, что программа состоит из выполняющихся последовательно отдельных стандартных операторов, в идеале — без использования команды
В операторах while,for,if,case в качестве выполняемого оператора может использоваться блок. Такая конструкция, представляющая собой обычный оператор или блок, называется сложным оператором.
Для управления процессом компиляции в паскале существуют директивы компилятора, они помещаются в комментарии и позволяют переключать режимы работы компилятора, например включать и отключать проверку операций ввода-вывода, проверки переполнения:
Процедуры и функции
В Паскале подпрограммы делятся на процедуры и функции:
Синтаксически процедуры и функции состоят из заголовка(содержащего ключевое слово procedure или function, имени, за которым может следовать описание передаваемых параметров в скобках, тип возвращаемого значения через символ двоеточия для функций и точки с запятой), после заголовка следует тело, после которого ставится символ ;.
Тело процедуры, так же как и программы в свою очередь может содержать описания процедур и функций, таким образом, процедуры и функции могут быть вложены друг в друга как угодно глубоко, при этом тело программы — самое верхнее в цепочке. Причем содержимое секций описания переменных, типов, констант, внешнего тела(процедуры, функции, программы) расположенных перед описанием процедуры/функции доступны внутри нее. Также в большинстве диалектов из процедуры можно обращаться к параметрам внешней процедуры.
Вслед за заголовком процедур/функций вместо тела может помещаться ключевое слово forward, это делается в том случае, если описание процедуры/функции располагается в программе после ее вызова, и связано с поддерживаемой в Паскале возможностью компиляции программы за один проход.
Модули
Современные реализации языка Паскаль (начиная с UCSD Pascal) поддерживают модули, концепция которых заимствована, с изменениями, из языка Modula. Программные модули могут быть двух видов: модуль главной программы, который, как обычно, начинается с ключевого слова program и тело которого содержит код, запускаемый после загрузки программы в память, и вспомогательных модулей, содержащих типы, константы, переменные, процедуры и функции, предназначенные для использования в других модулях, в том числе в главном модуле.
До появления модулей в их современном виде некоторые реализации Паскаля поддерживали модульность за счёт механизма включения заголовочных файлов, похожего на механизм #include в языке Си: с помощью специальной директивы, оформляемой в виде псевдокомментария, например, <$INCLUDE "файл">, содержимое указанного файла прямо включалось в текст программы в исходном, текстовом виде. Таким образом можно было разделить программный код на множество фрагментов, для удобства редактирования, но перед компиляцией они автоматически объединялись в один файл программы, который в итоге и обрабатывался компилятором. Такая реализация модульности примитивна и имеет множество очевидных недостатков, поэтому она была быстро заменена.
Структура
Общая структура подключаемого модуля на Паскале выглядит следующим образом:
Возможен также ещё один вариант:
Интерфейсная секция идёт первой, начинается с ключевого слова INTERFACE и заканчивается в том месте модуля, где начинается секция реализации или тело. В интерфейсной секции объявляются те объекты (типы, константы, переменные, процедуры и функции(для них помещаются заголовки)), которые должны быть доступны извне модуля. При этом допускается частичное объявление типов: они могут объявляться без указания структуры, одним только именем. При использовании такого типа во внешней программе допускается объявление переменных и параметров этого типа, присваивание значений, но невозможно получить доступ к деталям его реализации. Процедуры и функции в интерфейсной секции объявляются в виде форвардов — заголовков с параметрами, но без тела. Состав интерфейсной секции модуля таков, что его достаточно для генерации кода, использующего данный модуль. Переменные, объявленные в интерфейсной секции, являются глобальными, то есть существуют в единственном экземпляре и доступны во всех частях программы, использующих данный модуль.
Модуль заканчивается ключевым словом END с точкой.
Использование
Модули, подключённые в интерфейсной секции, могут использоваться во всём модуле — и в секции реализации, и в теле. Но секция реализации может иметь собственную инструкцию подключения (она следует за ключевым словом IMPLEMENTATION), содержащую имена подключаемых модулей, которые отсутствуют в интерфейсной секции, но нужны для секции реализации. Одним из поводов использования отдельного списка подключения для раздела реализации является ситуация, когда два или более модуля используют друг друга. Чтобы не возникали циклические ссылки в объявлениях использования таких модулей, по крайней мере один из них должен подключать другой в секции реализации.
Проблемы могут возникнуть, если появляется необходимость использования в программе двух разных одноимённых модулей. Если модули доступны только в откомпилированном виде (то есть поменять их имена невозможно), оказывается невозможным их одновременный импорт. Стандартного решения такой коллизии на уровне языка не существует, но конкретные компиляторы могут предлагать те или иные способы её обхода, в частности, средства назначения псевдонимов импортируемым модулям и прямого указания, какой модуль из какого файла брать.
Компиляция и компоновка
Модули спроектированы в расчёте на обеспечение раздельной компиляции — компилятор не должен компилировать импортированные модули для того, чтобы откомпилировать модуль, которых их использует. Однако, чтобы правильно компилировать модуль, компилятор должен иметь доступ к секции интерфейса всех используемых им модулей. Существует два разных, иногда совмещаемых подхода к организации такого доступа.
Загрузка и выгрузка модулей
Для нормальной работы модуля может потребоваться выполнить некоторые действия до начала его использования: инициализировать переменные, открыть нужные файлы, выделить память или другие ресурсы. Всё это может быть сделано в теле модуля, либо в секции инициализации. Действия, обратные инициализации, делаются в секции финализации.
Порядок инициализации и финализации модулей не определён никакими стандартами, но для статически откомпилированных программ (где модуль либо компилируется в один исполняемый файл с главной программой, либо находится в отдельной динамической библиотеке, но загружается на этапе первоначальной загрузки), компилятор всегда гарантирует, что инициализация будет выполнена до момента первого использования модуля. Финализация выполняется при завершении работы программы, после завершения главного модуля, так, что используемые модули финализируются позже, чем использующие их.
В случае динамической загрузки модулей, управляемой самим программистом, инициализаторы выполняются при загрузке, то есть в момент, когда команда загрузки модуля вернула управление, инициализатор его уже выполнен. Финализатор выполняется после выгрузки, обычно — при выполнении команды выгрузки модуля. Если эта команда не вызывается, динамически загруженные модули финализируются так же, как все остальные — при завершении программы.
Объектно-ориентированное программирование
В Object Pascal классы задаются с помощью типа object, аналогичного record, который кроме полей данных может содержать заголовки процедур и функций(называются методами). Имена описываемых методов следуют за именем класса через точку. Конструктор и деструктор задаются как обычные процедуры, но вместо идентификатора procedure задаются ключевые слова constructor и destructor. Соответственно, в отличии от C++-подобных языков они имеют имя отличное от имени класса, и деструкторов может быть несколько и они могут иметь параметры. Также, в отличии от C++-подобных языков в Object Pascal(fpc, tp) не предусматривается автоматического вызова деструктора.
Поддерживаются наследование(допускается наследование 1 класса), полиморфизм классов, механизм виртуальных методов(слово virtual после заголовка метода класса). В Delphi, FPC реализована перегрузка операций, абстрактные методы, директивы private, public(по умолчанию члены класса являются public):
В диалекте Delphi классы могут также конструироваться с помощью слова class(причем взаимное наследование с object-классами не допускается), и введены интерфейсы(interface)-все методы абстрактные и не могут содержать полей данных. Все классы(созданные с помощью class) являются наследниками TObject, все интерфейсы происходят от IUnknown. Классы(созданные с помощью class) могут реализовывать несколько интерфейсов. В Delphi интерфейсы были введены для поддержки COM технологии фирмы Microsoft.
Классы(Class) в отличии от обычных классов(Object) не нуждаются в явном выделении/освобождении памяти, память под них динамически выделяется конструктором с именем Create, вызываемым с именем класса, и освобождается при вызове деструктора с именем Destroy(могут иметь другие имена). Переменная такого класса в отличии от класса object хранит адрес экземпляра класса в памяти, значение nil используется для указания пустой ссылки, поэтому для освобождения объекта в TObject определен специальный метод free, проверяющий ссылку на nil и вызывающий виртуальный деструктор Destroy. Код с использованием таких классов будет выглядеть следующим образом: