Бусыгин Б.С., Коротенко Г.М., Коротенко Л.М. Введение в современную информатику
Подождите немного. Документ загружается.
190
1995
ALGOL 60
1960
1970
1980
1990
Simula 67
Pascal
Smalltalk-72
Smalltalk-74
Smalltalk-76
Smalltalk-80
C
Ada
Clascal
Object Pascal
(Apple)
Quick Pascal
(Microsoft)
Turbo Pascal
(Borland)
C with Classes
C++ 1xx
C++ 2xx
Процедурный
язык
Object Pascal
(Borland)
Объектный
язык
Объектно-
орие нтированный язык
Рис. 8.1. Генеалогия языка Турбо Паскаль
(оттенками серого показаны модификации)
Язык – естественная или
искусственная знаковая система, которая
предназначена для передачи
информации. К естественным знаковым
системам относятся языки общности:
украинский, русский, английский и др., а
к искусственным, как правило, языки
программирования: С++, Java и т.д.
Энциклопедия.
8. ВВЕДЕНИЕ В ТУРБО ПАСКАЛЬ
8.1. Истоки Турбо Паскаля
Информационные технологии (ИТ), как совокупность средств и методов
обработки данных и информации с помощью персональных компьютеров,
приобрели статус главных движущих сил современного индустриального
общества. Понимание основ ИТ,
овладение их главными концепциями
и навыками эффективного
применения рассматривается сейчас в
мире как одна из фундаментальных
компонент образования на уровне
владения чтением и письменностью.
В целом, информатика является
областью науки, которая изучает
структуры и общие качества
информации, а также вопросы,
связанные со сбором, хранением,
поиском, переработкой,
преобразованием, распространением
и использованием ее в различных
сферах деятельности человека.
Поэтому очень важно основной упор
в изучении языков программирования
делать на модель "с ориентацией на
программирование" (programming-
first introduction), в которой одним из
популярнейших средств обучения
продолжает оставаться язык Турбо
Паскаль (ТП) (рис.8.1), который
является подмножеством объектно-ориентированного языка Object Pascal –
основы широко распространенной среды быстрой разработки приложений
Delphi.
191
Рис. 8.2.
Блез Паскаль
Важно также и то, что язык Паскаль и продолжающий его традиции язык
ТП, разрабатывались со следующими важными целями:
систематически и точно выражать концепции и структуры главных
элементов области программирования;
осуществлять разработку программ систематически;
показать, что язык программирования с богатым набором гибких
структур данных (в противоположность языку С) и управляющих конструкций
может быть реализован эффективно;
включить в среду программирования развитые средства
редактирования текста, диагностики ошибок и отладки программ для
облегчения процесса обучения программированию и исследованию программ.
В соответствии с этим подходом, в учебнике сделана попытка, средствами
интегрированной среды разработки Турбо Паскаль представить следующие
основные концепции программирования:
модели и структуры данных;
управляющие структуры и их
исследование;
порядок выполнения
управляющих структур;
алгоритмы и вычисления;
концепцию разработки
интерфейса программ и программных
систем;
средства исследования
разработанных программ.
Для читателя этого издания мы должны
отметить некоторые очень важные
обстоятельства.
Так, как интегрированная среда
разработки (ИСР) Турбо Паскаль
разрабатывалась для зарубежных пользователей
(американцев, англичан и других англоязычных
специалистов), то она в своей работе в
операторах программ и элементах интерфейса
использует только текст на английском языке.
На экран можно выводить только те
иноязычные тексты, которые являются
строчными константами (то есть наборами
символов, которые ИСР ТП не анализируются и
выводятся в соответствии с их кодом).
Например, русский текст, который ограничен с
обеих сторон кавычками, будет однозначно
выведен на экран компьютера оператором процедуры
WriteLn('Русский
язык')
в таком же виде (при наличии соответствующего русскоязычного
драйвера
1
). При этом, Вам следует понимать, что процедура вывода данных на
1
Драйвер – програма, которая управляет работой внешнего устройства (мышь, клавиатура, принтер и т.д.);
драйвер, как правило, является интерфейсом между внешним устройством и программами ввода-вывода
192
Рис. 8.3.
Никлаус Вирт
экран компьютера только отображает на экране символы в соответствии с их
кодами.
Вообще, даже и сегодня, не всем известно, что интегрированная среда
разработки (IDE
2
) Турбо Паскаль (Turbo Pascal) производства фирмы Borland
International (США) интегрировала в себе влияние и вклад ряда талантливых
европейских специалистов.
Блез Паскаль (Blaise Pascal) (1623 – 1662), француз по происхождению, чьё
имя носит язык программирования, был выдающимся математиком, физиком и
философом (рис. 8.2). В 1642 году он сконструировал первую в мире машину
для суммирования чисел, получившей название "Паскалина", которую можно
назвать первым в мире цифровым калькулятором, подобным механическим
калькуляторам, используемых значительно
позднее в 1940-х годах.
Швейцарец Никлаус Вирт (Niklaus Wirth),
известный всему современному миру научный
работник, программист и преподаватель
Института компьютерных систем в г. Цюрих
(Швейцария) (рис. 8.3), разработал новый
алгоритмический язык Паскаль в 1968 г. для
целей обучения и реализации концепции
поддержки выполнения вычислений с четкой
типизацией и назвал ее именем Блеза Паскаля.
Язык разрабатывался Виртом специально с
педагогическими целями и с учетом простоты
получения соответствующего машинного кода.
Благодаря этому, создание компилятора для
Паскаля не превышает по трудоемкости
обычную дипломную работу выпускника
высшего учебного заведения. Кроме этого, сам
язык вышел очень простым – описание
стандартного Паскаля занимает около 30-ти страниц печатного текста.
С появлением персональных компьютеров многие программисты начали
использовать их для решения своих прикладных задач. Но компиляторы и
трансляторы
3
языков программирования того времени ALGOL, FORTRAN и др.
работали довольно медленно и не обеспечивали удобства в работе. Желание во
что бы то ни стало изменить существующее положение, объединило двух
энергичных программистов: француза по имени Филип Кан (Philippe Kahn),
парижанина по происхождению, из семьи немецкого инженера и французского
кинорежиссёра, и датчанина Андерса Хейльсберга (Anders Hejlsberg) (рис. 8.4).
операционной системы. Наиболее характерный пример драйвера – программа KEYRUS.COM, которая
кириллизирует клавиатуру и монитор для обеспечения русскоязычного интерфейса пользователя с
персональным компьютером.
2
IDE (Integrated Development Environment – интегрированная среда разработки (ИСР)) – программное средство,
объединяющее редактор текста, компилятор, загрузчик и другие компоненты работы с программой.
3
Компилятор (транслятор) – программа, которая переводит исходный текст программы, написанный
программистом на языке высокого уровня в эквивалентную программу на машинном языке компьютера.
193
Ф. Кан, вдобавок, в свое время учился у "самого" Никлауса Вирта. Вот они и
создали в 1982
г. не только самый быстрый в мире компилятор
алгоритмического языка Паскаль, а еще и удобную программную среду для
работы с ним, которые и назвали Turbo Pascal 1.0 (Турбо, то есть "быстрый"
Паскаль) с впечатляющими характеристиками: размер дистрибутива на дискете
131 297 байт, требуемый объём оперативной памяти – 64 Кб. Распространение
его было
начато в конце 1983 года в США созданной ими же фирмой Borland
International по цене US$49.95. Об этом периоде лучше всех сказал
А. Хейльсберг: «Не было героев, не было гениев, а только компания полных
энтузиазма парней, делающих то, что казалось неплохой идеей».
Следует добавить, что кроме IDE Турбо Паскаль, сотрудники фирмы
Borland разработали и одноименный алгоритмический язык, который стал
расширением языка Паскаль Никлауса Вирта. Это связано с тем, что, постоянно
общаясь с пользователями и следуя за развитием индустрии программирования,
они прибавляли к стандарту языка все новые и новые полезные возможности.
Поэтому Турбо Паскаль
является одновременно интегриро-
ванной средой разработки про-
грамм и алгоритмическим языком
программирования. В RAD Delphi
дальнейшие увеличение количест-
ва управляющих конструкций,
типов и структур данных привели к
появлению объектно-
ориентированного языка Object
Pascal/Delphi, который по своим
возможностям подобен таким
известным языкам, как C++,
SmallTalk, Java, Python и др.
Низкая цена и высокое качество сделало Turbo Pascal 1.0 доступным
миллионам пользователей и профессиональных программистов. Только за два
года было продано 300 000 экземпляров Турбо Паскаля, что превысило
количество всех проданных компиляторов других языков программирования
для микрокомпьютеров вместе взятых! И сейчас пользуются уважением
программистов всего мира программные продукты фирмы Borland, такие, как
Delphi последних версий 5, 6 и 7, Paradox, Quattro Pro, Turbo Pascal, Borland
C++, Sidekick, ObjectVision и некоторые другие. Более 50-ти миллионов
пользователей оставили свои электронные почтовые адреса на Web-сайте этой
фирмы для сессионной рассылки новостей и программных апгрейдов. За 2002
год фирмой было продано программных продуктов на сумму $US 226 млн., а
900 ее штатных сотрудников работают в офисах стран США, Австралии,
Франции, Англии, Германии, Италии, Швеции, Сингапура и Дании. Удача
сопутствовала А. Хейльсбергу и в дальнейшем: в 1996 г. он был приглашён в
фирму Microsoft, где был удостоен звания «главный инженер» (distinguished
engineer – 1999 г.), которое в этой организации имеют только 16 человек, и в
Рис. 8.4. Филип Кан
и Андерс Хейльсберг (1982 г.)
194
Рис. 8.5.
Деннис Ричи
настоящее время является ведущим разработчиком языка С# (Си шарп). Это не
осталось незамеченным в компьютерном сообществе и за большой вклад в
развитие программирования, в 2001 году его наградили престижной премией
известного в мире издания "Dr. Dobb's Journal".
Интересно, что ИСР языка Турбо Паскаль была
написана на языке С (Си). А этот язык, разработал в
1972 году Деннис Ричи (Dennis Ritchie), 31-летний
американский специалист по системному
программированию (рис. 8.5), который получил
степень бакалавра по прикладной математике в
Гарвардском университете и начал работать в "Bell
Telephone Laboratories" в 1968 году. Ричи надеялся, что
его новый язык пригодится для программирования
новой операционной системы UNIX, что в дальнейшем
и случилось. Кстати, автор UNIX Кен Томсон (Ken
Thompson), который был автором прародителя С –
языка В, считался среди коллег лучшим
программистом в мире!
8.2. Технология работы в среде Турбо Паскаль версии 7.0
Работая с компьютером, Вы всегда выполняете решение своих насущных
задач. Если стоящая перед Вами задача не может быть решена уже
имеющимися в Вашем распоряжении прикладными программами (Word, Excel,
Winamp и т.д.), значит, Вам необходимо творчески создать «нечто», способное
заставить компьютер выполнять Ваши желания. Тут и наступает момент, когда
Вы вступаете в пространство, именуемое «Программирование». Здесь Вы уже
должны уметь выразить свои желания средствами, понятными компьютеру.
Для этого служат языки программирования. Владение языками
программирования, так же как и разговорными языками, позволяет Вам
получать недоступные до сих пор результаты. Конечно, Вам не стоит просить
компьютер сделать «мокрую уборку» – он не для этого предназначен. Но массу
элементарных действий по обработке Ваших данных с огромной скоростью он
будет рад сделать, но только в полном соответствии с алгоритмом, который Вы
сами ему и зададите. Естественно – на подходящем языке программирования.
Как и любой другой язык, каждый язык программирования имеет свои
синтаксис и грамматику, а также круг решаемых задач. Но если на разговорном
языке Вы решаете задачи воздействия на людей, то на языке программирования
Вы воздействуете на центральный процессор компьютера с целью получения
полезного для себя результата. И здесь отличие состоит в том, что Вы
постоянно должны распределять свои усилия между охватом обрабатываемых
данных и формированием алгоритма их обработки, а также общаться с
компилятором языка, который служит переводчиком между Вами и
компьютером при общении.
195
С этой точки зрения, методически, Ваша работа как программиста при
решении конкретной задачи на компьютере с помощью языка
программирования Турбо Паскаль состоит из определённого набора этапов,
которые постоянно выполняются программистом от программы к программе.
Всё начинается с постановки и решения задачи в ее предметной
области: будь-то алгебра, геометрия, электротехника, горное дело и т.д. для
получения конкретных конечных результирующих формул (сам Турбо Паскаль
за Вас этого не сделает!). К примеру, вычисление полной поверхности
прямоугольного параллелепипеда можно выразить следующим образом:
( )( )
bahbaS
полн
+⋅+⋅⋅= 2
.
Для проведения вычислений, следует осуществить выбор структур
входных и выходных данных, которые необходимо описать в разрабатываемой
программе и их типы:
Spoln, a, b, h : Real.
Далее следует уточнение раздела описаний программы ТП, начиная с
модулей, которые необходимо подключить (раздел
Uses). Нужен ли Вам
раздел описаний констант и какие из них необходимо в него включить? Нужен
ли раздел описаний типов? Нужен ли раздел описаний переменных? и т.д. В
результате получаем:
Var
Spoln, a, b, h : Real;
Теперь производится разработка интерфейса программы, то есть
организация ввода-вывода данных на языке ТП. Здесь Вы должны определить,
какие данные необходимо ввести для решения задачи, а какие – вывести после
её решения. К примеру, нижеследующий фрагмент программы выведет на
экран следующую информацию (рис. 8.6).
Write(‘Введите стороны основания прямоугольного
параллелепипеда a и b и высоту h : ‘);
ReadLn(a, b, h);
. . . { Здесь располагаем алгоритм решения задачи }
WriteLn(‘Полная поверхность прямоугольного параллелепипеда
= ’, Spoln);
Далее выбираем необходимые управляющие структуры и операторы
языка ТП (
:=, if, case, for, repeat, while
) и его встроенных
(стандартных) функций (а может быть нужно разработать дополнительные
функции пользователя?) для реализации алгоритма решения задачи.
Рис. 8.6 Простой интерфейс программы вычисления полной поверхности
прямоугольного параллелепипеда
196
Производим разработку алгоритма
4
решения задачи на языке Турбо
Паскаль. Заметьте как похоже выражение алгоритма на языке ТП на исходную
формулу:
Spoln := 2*(a*b+h*(a+b));
Кодируем алгоритм программы на языке ТП. Результатом этой фазы
является готовая программа, в которой программист объединяет алгоритм с
избранными структурами данных. Недаром Н. Вирт, в свое время, высказал
положение, что "программа = структуры данных + алгоритм".
Вводим текст программы на алгоритмическом языке Турбо Паскаль в
окне редактора ИСР ТП с помощью клавиатуры для последующего сохранения
его в текстовый файл
5
на диске с именем, указанным пользователем, и
расширением
.pas (рис. 8.7). Вам необходимо помнить, что компилятор ТП не
чувствителен к регистру (Not case sensitive). Использование прописных букв
обычно диктуется обеспечением удобочитаемости программ. Например, имя
S
полн
в исходной формуле – в программе записываем в виде Spoln, название
процедуры чтения строки (Read Line) –
ReadLn и т.д., поскольку Турбо Паскаль
оперирует только английскими лексемами. Русскоязычный текст может быть
представлен только строками в кавычках (тип данных ТП
String, к примеру,
’Площадь’).
Компилируем текст программы. При этом Вы должны хорошо
понимать, что для облегчения построения компиляторов язык
программирования описывается в терминах некоторой грамматики,
обеспечивающей однозначность трактовки записываемых действий. Эта
грамматика также определяет форму (синтаксис) допустимых предложений
4
Алгоритм – последовательность действий или шагов, выполнение которых позволяет решить конкретную
задачу.
5
Файл – поименованная область на диске, которая содержит двоичные данные.
Рис. 8.7 Текст программы, введённый в окне редактора ТП в файл RIS87.PAS
197
языка. Поэтому компилятор начинает свою работу с определения правильности
составленных Вами предложений программы на языке Турбо Паскаль и выдаёт
соответствующую диагностику в местах синтаксических ошибок. Для вызова
компилятора в ИСР ТП необходимо либо с помощью «горячих клавиш»
Alt+C
вызвать меню
Compile и в нём выбрать команду Compile, либо использовать
«горячие клавиши»
Alt+F9. ИСР ТП определяет по одной ошибке за один
запуск компилятора, но при этом «любезно» указывает курсором место
нарушения синтаксиса или грамматики языка. Одновременно с этим на экран
выводится пояснительное сообщение о характере ошибки на «чистом»
английском языке (рис. 8.8):
Если в Вашей программе компилятором ошибок не найдено, то появляется
окно с сообщением «
Compile successful: Press any key» («Компиляция
успешна: Нажмите любую клавишу») (рис. 8.9). После нажатия любой клавиши
это окно исчезает.
Если программа написана и введена без ошибок (к примеру, в
текстовый файл
first.pas) и не требует дальнейшей отладки
6
, то необходимо
выбрать команду
Run из меню Run либо использовать «горячие клавиши»
6
Отладка – поиск ошибок в алгоритме и тексте программы.
Рис. 8.9 Сообщение ИСР ТП об успешной компиляции
Рис. 8.8 Реакция («диагностика») компилятора ТП (а) на неправильный ввод
оператора присваивания («=» вместо «:=») (б). Обратите внимание на
положение курсора в месте найденной ошибки (
в).
а
б
в
198
Рис. 8.7. Четыре формы существования
программы на диске D:, содержащейся в
файлах с именем first и разными
расширениями в каталоге pascal:
first.pas –исходный файл (т.е. текстовый);
first.bak - резервная копия исходного файла;
first.tpu – результат компиляции на диск
содержимого first.pas – модуль Турбо Паскаля;
first.exe – загрузочный (исполняемый) файл.
Ctrl+F9 для преобразования исходного текста Вашей программы на языке
Турбо Паскаль в двоичный загрузочный ЕХЕ-файл, содержащий исполняемый
машинный код (т.е. команды, которые «понимают» и могут выполнять
процессоры Intel либо AMD) (рис. 8.7). Этот файл сохраняется на диске, а с диска
загружается программой-загрузчиком в оперативную память (ОП) компьютера
для ее дальнейшего выполнения. Загруженная в ОП программа во время своей
работы интерактивно
7
общается с пользователем, в соответствии с
интерфейсом
8
, который был Вами запрограммирован.
В случае некорректной
работы отлаживаем программу
средствами дебаггера ИСР Турбо
Паскаль. Обычно это необходимо в
случае, когда Ваша программа
работает, но делает не то, что Вы
предполагали. Также дебаггер
полезен и даже необходим для
исследования Ваших программ на
этапе обучения для лучшего
понимания поведения
управляющих конструкций ТП.
Авторы Турбо Паскаля,
учитывая такой поэтапный цикл
работы программиста, решили в
своей интегрированной среде
разработки много сложных задач.
Среди главных, следует назвать
такие.
Процесс подготовки
программы к запуску в рамках ИСР
Турбо Паскаль, то есть ввод ее
текста в окне редактора,
компиляция этого текста и загрузка
полученного EXE-файла на
выполнение ведется комплексно в одном приложении. Последние два этапа
можно выполнить либо последовательно командами
Compile (Alt+F9) и Run
(
Ctrl+F9), либо вообще одной командой Run (Ctrl+F9).
Компиляция программы сделана удобной для новичков и
профессионалов благодаря точному указанию места ошибки и её описания.
Интерактивный режим работы программы (после ее запуска командой
RUN или нажатия «горячих клавиш» Ctrl+F9) реализован в виде совместного
7
Интерактивный (диалоговый) – режим, в котором пользователь задаёт программе команды и вводит данные
пока она выполняется. Такой режим предусматривает обмен текстовыми командами (запросами) и ответами
(приглашениями) программы.
8
Интерфейс – способ сопряжения двух либо более, различных систем, что обеспечивает их логическое либо
физическое взаимодействие.
199
существования двух окон: «чёрного» окна DOS и «синего» окна редактора ТП
(рис. 8.8) (таблицу сочетаний клавиш ТП см. в Приложении 5). После
выполнения программы процесс заканчивается возвращением из «чёрного»
окна DOS в «синее» окно редактора ТП. Чтобы просмотреть результат работы
Вашей программы, Вы должны нажать «горячие клавиши»
Alt+F5.
Возвращение обратно в «синее» окно редактора ТП осуществляется нажатием
любой клавиши.
Процесс отладки и исследования работы программы в ИСР Турбо
Паскаль сделан максимально удобным: можно выполнять программу
пооператорно, устанавливать контрольные точки, контролировать содержимое
переменных (видеть на экране, какие данные в них находятся в текущий
момент и как они изменяются в процессе работы) и т.д. Меню ИСР ТП и его
команды описаны в Приложении 4.
Первая версия ИСР ТП была создана для использования на персональных
компьютерах с операционной системой
9
(ОС) MS DOS, которая была
рассчитана на одного пользователя. Поэтому ее вызов выполнялся довольно
просто. Нужно было лишь найти на жёстком диске подкаталог BIN каталога
9
Операционная система (ОС) - совокупность программных средств, которые обеспечивают управление
аппаратными ресурсами компьютера и взаимодействие программных процессов с аппаратурой, другими
процессами и пользователем. ОС выполняет следующие функции: управление памятью, вводом-выводом,
файловой системой, взаимодействием процессов, диспетчеризацией процессов, защиту, учёт использованных
ресурсов, обработку командного языка.
Alt+F5
любая клавиша
К примеру, программу MyProgram запускаем нажатием клавиш Ctrl+F9 в
окне редактора Турбо Паскаль, где был набран её текст. Результат работы
программы выводится в окне DOS. Переход к окну DOS
– нажатие клавиш
Alt+F5
, в окно редактора – нажатие любой клавиши ( рис. 8.8).
Рис. 8.8 Два окна, с которыми работает пользователь при выполнении своей
программы (в данном случае –
MyProgram
)
Синее окно
Чёрное окно