Краткий курс лекций
"Основы программирования на языке Паскаль"

Команды позволяют получать, сохранять и обрабатывать данные различных типов (например, целые числа, символы, строки символов, т.д.). Однако кроме команд в записи программы участвуют еще так называемые "служебные слова". Это и есть элементы формальности, организующие структуру программы. Их не так много, но их значение трудно переоценить. Служебные слова можно использовать только по своему прямому назначению. Переопределять их не разрешается.

Здесь слова Program, Begin и End являются служебными. Правильное и уместное употребление этих слов является обязательным.

Правда, лаконично? По-русски можно прочитать так: "Пока истинно условие, выполнять оператор". Здесь, так же как в формате условного оператора, подразумевается выполнение только одного оператора. Если необходимо выполнить несколько действий, то может быть использован составной оператор. Тогда формат оператора принимает такой вид:

Цикл "ДО"

Этот вид цикла отличается от предыдущего в основном тем, что проверка условия повторения тела цикла находится не перед ним, а после. Поэтому цикл "До" называют циклом "с постусловием", а "Пока" - "с предусловием".

Обратите также внимание на то, что новая итерация (повторное выполнение тела цикла) происходит не тогда, когда условие справедливо, а как раз тогда, когда оно ложно. Поэтому цикл и получил свое название (выполнять тело цикла до выполнения соответствующего условия).

Интересно, что в случае, когда условие цикла изначально истинно, тело цикла все равно будет выполнено хотя бы один раз. Именно это отличие "до" от "пока" привело к тому, что в программировании они не подменяют друг друга, а используются для решения задач, к которым они более подходят.

Формат цикла на языке Pascal:

Читается так: "Выполнять оператор #1, оператор #2. : до выполнения условия".

Здесь не требуется использование составного оператора, потому, что сами слова Repeat и Until являются операторными скобками.

Цикл "С параметром".

В данном случае параметром будет являться целочисленная переменная, которая будет изменяться на единицу при каждой итерации цикла. Таким образом, задав начальное и конечное значения для такой переменной, можно точно установить количество выполнений тела цикла. Нарисовать блок-схему такой структуры вы сможете сами после некоторых пояснений.

Здесь И.П. - имя переменной-параметра, Н.З. - его начальное значение, К.З. - соответственно конечное значение параметра. В качестве начального и конечного значений

Выполняется этот цикл по следующему алгоритму:
1. переменной-параметру присваивается начальное значение;
2. выполняется тело цикла;
3. переменная-параметр автоматически увеличивается на 1 (в первом случае формата);
4. если параметр превышает конечное значение, то происходит выход из цикла, иначе - переход к пункту 2.

Таким образом, в отличие от первых двух видов цикла, этот цикл используется тогда, когда известно необходимое количество выполнений тела цикла.

Вообще говоря, цикл "Пока" является универсальным, то есть любая задача, требующая использования цикла, может быть решена с применением этой структуры. Циклы "До" и "С параметром" созданы для удобства программирования.

Пример.

Найти сумму квадратов всех натуральных чисел от 1 до 100.

Решим эту задачу с использованием всех трех видов циклов.

I. С использованием цикла "Пока".

II. С использованием цикла "До".

III. С использованием цикла "С параметром".

Все языки программирования высокого уровня имеют средства работы с литерными величинами. Паскаль - не исключение. Как вам уже известно, в стандарте языка описаны два типа переменных для литерных величин. Это - String и Char. Напомню - переменная типа Char может содержать в себе только один единственный символ, тип String предназначен для хранения строковых величин до 255 символов длиною. Кстати, вы знаете не все о типе String. При описании переменной этого типа вы можете сами указать максимальное число символов, которое можно занести в нее. Конечно же, это число не должно превышать 255. Делается это так:

Для чего это нужно?

Дело в том, что при компиляции для каждой переменной отводится свой участок памяти. Если мы будем выделять для всех переменных типа String по 256 байт, то это приведет к тому, что при использовании достаточно большого их количества, памяти может и не хватить? Но если в переменной мы собираемся хранить, например, фамилию пользователя, то тридцати символов (тридцати байт) для этого вполне достаточно. Таким образом, экономится память и увеличивается быстродействие программ.

Переменным строкового типа можно присваивать строковые величины (внутри программы они заключаются в апострофы), значения выражений, которые приводят к строковым величинам. Значения можно также вводить с клавиатуры. При этом апострофы не используются. Как вам известно, в числовую переменную нельзя ввести строковую величину. Сделать наоборот - возможно, однако число, находящееся в строковой переменной представляет собой просто последовательность символов (цифр), поэтому в арифметических выражениях участвовать не может.

Пример: S[5] - пятый символ строки S.

С отдельным символом строки можно производить все действия, которые можно производить с любой символьной переменной (ввод, присвоение, вывод на экран, участие в выражениях и т.д.).

Приведенная далее программа выводит на экран длину введенной пользователем строковой величины.

Другой пример:
Решим задачу: "Введенную строку вывести на экран по одному символу в строке экрана".

Какие же еще действия можно выполнять с переменными строкового типа?

Две строковые величины можно состыковывать. Эта операция называется конкатенацией и обозначается знаком "+".

Например, результатом выполнения следующих команд:
R:= 'kadabra';
H:= 'abra';
S:=H+R;
в переменной S будет значение 'abrakadabra'.

Для конкатенации результат зависит от порядка операндов (в отличие от операции сложения). Следует помнить о том, какой максимальной длины может быть результирующая переменная, так как в случае превышения значением выражения числа, указанного после String в описании переменной, "лишние" символы в переменную не попадут.

Строковые величины можно сравнивать между собой. Это относится также и к строковым переменным. Но как же компьютер определяет, какая строка больше:

• та, которая длиннее?
• та, которая содержит больше заглавных букв?

На самом деле такая проверка проходит довольно сложно: компьютер сравнивает сначала первые символы строк. Большим из двух считается тот, код которого больше (вспомните, что такое код символа). Если равны первые символы, то так же анализируется следующая пара до тех пор, пока не будет найдено различие. Если начало строк совпадает, а одна из них кончается раньше, то вторая автоматически называется большей.

Следующая маленькая программа выводит на экран кодовую таблицу:

Задача: "Определить, является ли введенная строка "перевертышем". Перевертышем называется такая строка, которая одинаково читается с начала и с конца. Например, "казак" и "потоп" - перевертыши, "канат" - не перевертыш".

Поступим следующим образом: из введенной строки сформируем другую строку из символов первой, записанных в обратном порядке, затем сравним первую строку со второй; если они окажутся равны, то ответ положительный, иначе - отрицательный. Естественно, предложенный способ решения не является единственно возможным.

Здесь S - строка, содержащая число, X - числовая переменная, в которую будет помещен результат, С - переменная целочисленного типа, в которую помещается первого встреченного в S отличного от цифры символа. Если после выполнения оператора Val переменная С имеет значение 0, то это означает, что преобразование типа прошло совершенно успешно и в строке нецифровых символов не встретилось.

В переменную S попадает строковое представление числа X. Это нужно, например, при необходимости выводить на экран числа в графическом режиме (будет изучено позже), так как стандартные процедуры вывода на экран там работают только со строковыми величинами.

Для иллюстрации рассмотрим такую задачу: "Найти сумму цифр введенного натурального числа". Используя только числовые переменные, решить ее можно, но предлагаемое здесь решение, по-моему, проще.

Теперь рассмотрим еще несколько действий над строками:

Пример их использования:
"Во введенной строке заменить все вхождения подстроки 'ABC' на подстроки 'KLMNO'".

Есть несколько способов описания. Иногда говорят даже о видах типов (как бы это странно ни звучало).

Итак, первым рассмотрим так называемый перечисляемый тип.

Перечисляемый тип используется для повышения наглядности программ, позволяя записывать в переменные этого типа названия разнообразных объектов, исследуемых программой. Этот тип представляет собой набор идентификаторов, с которыми могут совпадать значения параметров.

Формат описания следующий: <Имя типа> = (<Ид.1>, <Ид.2>,? <Ид.n>);

Далее можно определить любое число переменных уже описанного типа. Обратите внимание на то, что каждый идентификатор может участвовать в описании только одного перечисляемого типа.

Переменные различных перечисляемых типов несовместимы друг с другом.

Единственное его отличие от перечисляемых типов, определяемых программистом, состоит в том, что значения типа Boolean можно выводить на экран. Можете проверить, Ord(False)=0.

Интересно, что переменная перечисляемого типа может быть счетчиком в цикле "с параметром".

Пример:

Во время выполнения на экране появятся числа "2" и "5", что соответствует номерам значений Green и Magenta.

Следующий тип, который можно определить в программе - тип-диапазон.

Здесь не нужно перечислять все значения этого типа, потому, что возможными для него являются значения поддиапазона уже определенного до него любого порядкового типа (стандартного или описанного ранее перечисляемого типа). Достаточно лишь указать начальную и конечную величину отрезка порядкового типа. Единственное условие: начальное значение не должно превышать конечное.

Есть еще одна возможность определить новый тип, о существовании которой можно было бы и догадаться.

Вы знаете, что компьютер предназначен в основном для облегчения работы человека с большими информационными объемами. Как же, используя только переменные известных вам типов, сохранить в памяти и обработать данные, содержащие десяток, сотню, тысячу чисел или, к примеру, строк? А ведь такие задачи встречаются в любой области знания. Конечно, можно завести столько переменных, сколько данных, можно даже занести в них значения, но только представьте, какой величины будет текст такой программы, сколько времени потребуется для его составления, как много места для возможных ошибок? Естественно, об этом задумывались и авторы языков программирования. Поэтому во всех существующих языках имеются типы переменных, отвечающие за хранение больших массивов данных. В языке Паскаль они так и называются: "массивы".

Массивом будем называть упорядоченную последовательность данных одного типа, объединенных под одним именем. Кстати, под это определение подходит множество объектов из реального мира: словарь (последовательность слов), мультфильм (последовательность картинок) и т. д. Проще всего представить себе массив в виде таблицы, где каждая величина находится в собственной ячейке. Положение ячейки в таблице должно однозначно определяться набором координат (индексов). Самой простой является линейная таблица, в которой для точного указания на элемент данных достаточно знания только одного числа (индекса). Мы с вами пока будем заниматься только линейными массивами, так как более сложные структуры строятся на их основе.

В качестве индексов могут выступать переменные любых порядковых типов. При указании диапазона начальный индекс не должен превышать конечный. Тип элементов массива может быть любым (стандартным или описанным ранее).

Теперь переменные S, BB и T представляют собой массивы из сорока вещественных чисел; массив N имеет индексы символьного типа и целочисленные элементы; массив R может хранить в себе 41 число типа Word.

Единственным действием, которое возможно произвести с массивом целиком - присваивание. Для данного примера описания впоследствии допустима следующая запись:
S:=BB;

Однако, присваивать можно только массивы одинаковых типов. Даже массиву T присвоить массив S нельзя, хотя, казалось бы, их описания совпадают, произведены они в различных записях раздела описания.

Никаких других операций с массивами целиком произвести невозможно, но с элементами массивов можно работать точно также, как с простыми переменными соответствующего типа. Обращение к отдельному элементу массива производится при помощи указания имени всего массива и в квадратных скобках - индекса конкретного элемента. Например:
R[10] - элемент массива R с индексом 10.

Фундаментальное отличие компонента массива от простой переменной состоит в том, что для элемента массива в квадратных скобках может стоять не только непосредственное значение индекса, но и выражение, приводящее к значению индексного типа. Таким образом реализуется косвенная адресация:
BB[15] - прямая адресация;
BB[K] - косвенная адресация через переменную K, значение которой будет использовано в качестве индекса элемента массива BB.

Такая организация работы с такой структурой данных, как массив, позволяет использовать цикл для заполнения, обработки и распечатки его содержимого.

Теперь рассмотрим несколько способов заполнения массивов и вывода их содержимого на экран. В основном мы будем пользоваться числовыми типами компонент, но приведенные примеры будут справедливы и для других типов (если они допускают указанные действия).

Как бы ни был примитивен приведенный пример, он все же иллюстрирует возможность непосредственного обращения к каждому элементу массива отдельно. Правда, никакого преимущества массива перед несколькими простыми переменными здесь не видно. Поэтому - другой способ:

Эта программа вводит с клавиатуры 20 целых чисел, а затем распечатывает их в обратном порядке. Теперь попробуйте написать такую же программу, но без использования структуры массива. Во сколько раз она станет длиннее? Кстати, введение язык Паскаль цикла с параметром было обусловлено во многом необходимостью обработки информационных последовательностей, т. е. массивов.

Следующая программа заполняет массив значениям квадратов индексов элементов:

В дальнейшем для учебных целей мы будем использовать массивы, заданные с помощью генератора случайных чисел. В языке Паскаль случайные числа формирует функция Random. Числа получаются дробными, равномерно расположенными в интервале от 0 до 1. Выражение, дающее целое случайное число в интервале [-50,50] будет выглядеть так:
Trunc(Random*101)-50

Зададим и распечатаем случайный массив из сорока целых чисел:

В обоих случаях описан двумерный массив, соответствующий таблице, состоящей из 20 строк и 30 столбцов. Приведенные описания совершенно равноправны.

Отдельный элемент двумерного массива адресуется, естественно, двумя индексами. Например, ячейка, находящаяся в 5-й строке и 6-м столбце будет называться A[5][6] или A[5,6].

Для иллюстрации способов работы с двумерными массивами решим задачу: "Задать и распечатать массив 10X10, состоящий из целых случайных чисел в интервале [1,100]. Найти сумму элементов, лежащих выше главной диагонали."

При отсчете, начиная с левого верхнего угла таблицы, главной будем считать диагональ из левого верхнего угла таблицы в правый нижний. При этом получается, что элементы, лежащие на главной диагонали будут иметь одинаковые индексы, а для элементов выше главной диагонали номер столбца будет всегда превышать номер строки. Договоримся также сначала указывать номер строки, а затем - номер столбца.

Program M5;
Var

A : Array[1..10,1..10] Of Integer;
I, K : Byte;
S : Integer;

End.

В языке Паскаль существует два вида подпрограмм: процедуры и функции, определяемые программистом. Процедурой в Паскале называется именованная последовательность инструкций, реализующая некоторое действие. Функция отличается от процедуры тем, что она должна обязательно выработать значение определенного типа.

Процедуры и функции, используемые в программе, должны быть соответствующим образом описаны до первого их упоминания. Вызов процедуры или функции производится по их имени.

Подпрограммы в языке Паскаль могут иметь параметры (значения, передаваемые в процедуру или функцию в качестве аргументов). При описании указываются так называемые формальные параметры (имена, под которыми будут фигурировать передаваемые данные внутри подпрограммы) и их типы. При вызове подпрограммы вместе с ее именем должны быть заданы все необходимые параметры в том порядке, в котором они находятся в описании. Значения, указываемые при вызове подпрограммы, называются фактическими параметрами.

Легко заметить схожесть структуры программы целиком и любой из ее процедур. Действительно, ведь и процедура и основная программа реализуют некий алгоритм, просто процедура не дает решения всей задачи. Отличие в заголовке и в знаке после End.

Формат описания функции:
Function <Имя функции> (<Имя форм. параметра 1>:<Тип>;
< Имя форм. параметра 2>:<Тип>?) : <Тип результата>;
<Раздел описаний>
Begin
<Тело функции>
End;

В теле функции обязательно должна быть хотя бы команда присвоения такого вида: <Имя функции>:=<Выражение>;

Указанное выражение должно приводить к значению того же типа, что и тип результата функции, описанный выше.

Вызов процедуры представляет в программе самостоятельную инструкцию:
<Имя процедуры>(<Фактический параметр 1>, < Фактический параметр 2>?);

Типы фактических параметров должны быть такими же, что и у соответсвующих им формальных.

Вызов функции должен входить в выражение. При вычислении значения такого выражения функция будет вызвана, действия, находящиеся в ее теле, будут выполнены, в выражение будет подставлено значение результата функции.

Приведем простейший пример использования подпрограммы.

Задача: "Найти максимальное из трех введенных чисел". Для решения воспользуемся описанием функции, принимающей значение максимального из двух чисел, которые передаются в нее в виде параметров.

Обратите внимание на краткость тела основной программы и на прозрачность действий внутри функции. Формальные параметры A и B, используемые в подпрограмме, не имеют никакого отношения переменным A и B, описанным в основной программе.

Существует два способа передачи фактических параметров в подпрограмму: по значению и по ссылке. В первом случае значение переменной-фактического параметра при вызове подпрограммы присваивается локальной переменной, являющейся формальным параметром подпрограммы. Что бы потом ни происходило с локальной переменной, это никак не отразится на соответствующей глобальной. Для одних задач это благо, но иногда требуется произвести в подпрограмме действия над самими переменными, указанными в качестве фактических параметров. На помощь приходит второй способ. Происходит следующее: при обращении к подпрограмме не происходит формирования локальной переменной-формального параметра. Просто на время выполнения подпрограммы имя этой локальной переменной будет указывать на ту же область памяти, что и имя соответствующей глобальной переменной. Если в этом случае изменить локальную переменную, изменятся данные и в глобальной.

Передача параметров по ссылке отличается тем, что при описании подпрограммы перед именем переменной-формального параметра ставится служебное слово Var. Теперь использование в качестве фактических параметров выражений или непосредственных значений уже не допускается - они должны быть именами переменных.

Еще один классический пример. Задача: "Расположить в порядке неубывания три целых числа".

Файловые переменные имеют специфическое применение. Над ними нельзя выполнять никаких операций (присваивать значение, сравнивать и т.д.). Их можно использовать лишь для выполнения операций с файлами (чтение, запись и т.д.).

Элементы файла считаются расположенными последовательно, то есть так же, как элементы линейного массива. Отличие же состоит в том, что, во-первых, размеры файла могут меняться, во-вторых, способ обращения к элементам совсем другой: невозможно обратиться к произвольному элементу файла; элементы его просматриваются только подряд от начала к концу, при этом в каждый момент времени доступен только один элемент. Можно представить себе, что для каждого файла существует указатель, показывающий в данный момент на определенный компонент файла. После проведения операции чтения или записи указатель автоматически передвигается на следующий компонент.

Имя файла задается либо строковой константой, либо через переменную типа Sting. Имя файла должно соответствовать правилам работающей в данный момент операционной системы. Если строка имени пустая, то связь файловой переменной осуществляется со стандартным устройством ввода-вывода (как правило - с консолью).

Это требование обязательно должно соблюдаться для файла, в который производилась запись.

Теперь рассмотрим непосредственную организацию чтения и записи.

Решим следующую задачу: "Написать программу, которая вводит с клавиатуры список фамилий учащихся, а затем распечатывает его, кроме тех учащихся, у которых фамилия начинается с буквы 'Ш'".

Так как заранее количество данных не известно, то для их хранения используем файл. Тип элементов - строковый.

Program L;
Var

I,N : Integer;
F : File Of String;
S : String;