Семакин И.Г., Шестаков А.П. Основы программирования

Подождите немного. Документ загружается.

лей) разного типа. Комбинированный тип имеет еще и другое

название

—

запись.

Обычно запись содержит совокупность разнотипных атрибу-

тов,

относящихся к одному объекту. Например, анкетные сведе-

ния о студенте вуза могут быть представлены в виде информаци-

онной структуры (рис. 35).

Анкета студента

Ф.И.О. Пол

Дата рождения

Адрес Курс

Группа

Стипендия

Рис.

Такая структура называется

двухуровневым

деревом.

В Паскале

эта информация может храниться

одной переменной типа Record

(запись).

Задать тип и

описать соответствующую переменную можно

следующим образом:

Type Anketal=Record

FIO:

String[50];

Pol:

Char;

Dat:

String[16];

Adres:

String[50]

Curs:

1..5;

Grup:

1..10;

Stip:

Real

End;

Var Student: Anketal;

{поля}

{записи}

{или элементы}

{записи}

Такая запись, так же как и соответствующее ей дерево, назы-

вается двухуровневой.

К каждому элементу записи можно обратиться, используя со-

ставное

имя,

которое имеет следующую структуру:

<имя переменной>.<имя поля>

Например, student. f

io;

student. dat и т.п. Если, например,

требуется полю

курс

присвоить значение 3, то это делается так:

Student.Curs:=3;

Поля записи могут иметь любой тип, в частности сами могут

быть

записями.

Такая возможность используется

в том

случае, когда

требуется представить многоуровневое дерево (более 2 уровней).

Например, те же сведения о студентах можно отобразить трех-

уровневым деревом (рис. 36).

130

Анкета студента

Ф.И.О. Пол Дата рождения Адрес Курс Группа Стипендия

Год Месяц

День Город Улица, дом, квартира

Рис.

Такая организация данных позволит, например, делать выбор-

ки информации по году рождения или по городу, где живут сту-

денты.

этом случае описание соответствующей записи будет вы-

глядеть так:

Type Anketa2=Record

FIO:

String[50];

Pol: Char;

Dat: Record

God: Integer;

Mes:

String[10];

Den: 1..31

End;

Adres: Record

Gorod: String[20];

UlDomKv: String[30];

End;

Curs:

1..5;

Grup:

1. .10;

Stip:

Real

End;

Var Student: Anketa2;

Поля такой записи, находящиеся на третьем уровне, иденти-

фицируются тройным составным именем.

Например, student.Dat.God; student.Adres.Gorod.

Приведем структурограмму задания комбинированного типа

(рис.

37).

В программе могут использоваться массивы записей. Если на

факультете 500 студентов, то все анкетные данные о них можно

представить в массиве:

Var Student: Array[1..500] Of Anketal;

В таком случае, например, год рождения пятого в списке сту-

дента хранится в переменной student [5] .Dat.God.

131

комбинированный тип>

• Record —•<Список полей>—• End •

<Список полей>

т—т—• < Имя поля> 1—•

Рис.

Любая обработка записей, в том числе ввод и вывод, произво-

дится поэлементно. Например, ввод сведений о 500 студентах мож-

но организовать следующим образом:

For I:=l То 500 Do

With Student[I] Do

Begin

Write('Ф.И.О.:');

ReadLn(FIO)

;

Write('Пол

(м/ж):');

ReadLn(Pol);

Write("Дата

рождения:');

ReadLn(Dat);

Write('Адрес:');

ReadLn(Adres);

Write('Курс:');

ReadLn(Curs);

Write('Группа:');

ReadLn(Grup);

Write('Стипендия

(руб.):');

ReadLn(Stip)

End;

В этом примере использован

оператор

присоединения,

который

имеет следующий вид:

With <переменная типа запись> Do <оператор>;

Он позволяет, один

раз

указав имя переменной типа

запись

после

слова With, работать в пределах оператора с именами полей как с

обычными переменными, т.е. не писать громоздких составных имен.

Тип

запись

в Паскале может иметь переменный состав полей,

который меняется

в ходе

выполнения

программы.

Такая возможность

реализуется с использованием так называемой вариантной части

записи. Подробнее об этом можно прочитать в книгах по Паскалю.

Работа с файлами записей. Чаще всего записи используются

как элементы файлов, составляющих компьютерные информаци-

онные системы. Рассмотрим примеры программ, работающих с

файлами записей.

Пример 1. Сформировать файл

FM.

DAT,

содержащий экзамена-

ционную ведомость одной студенческой группы. Записи файла

состоят из следующих элементов: фамилия, имя, отчество; номер

зачетной книжки; оценка.

-><Тип>-

132

Program Examen;

Type Stud=Record

FIO:

String[30];

Nz:

String[6];

Mark: 2..5

End;

Var Fstud: File Of Stud;

S: Stud;

N,I:

Byte;

Begin

Assign(Fstud,'FM.DAT');

Rewrite(Fstud);

Write('Количество студентов в

группе?');

ReadLn(N) ;

For I:=l To N Do

Begin

Write

(1:1,

'-Й,Фамилия

И.О.');

ReadLn(S.FIO);

Write('Номер

зачетки:');

ReadLn(S.Nz);

Write('Оценка:'); ReadLn(S.Mark);

Write(Fstud,S)

End;

WriteLn('Формирование файла

закончено!');

Close(Fstud)

End.

Прежде чем перейти к следующему примеру, связанному с

обработкой сформированного файла, рассмотрим еще одно сред-

ство работы с файлами, которое мы пока не обсуждали.

Прямой доступ к

записям файла.

стандарте языка Паскаль до-

пустим только последовательный доступ к элементам файла. Од-

ной из дополнительных возможностей, реализованных в Турбо

Паскале, является прямой доступ к записям файла.

Как

уже

отмечалось, элементы файла пронумерованы в порядке

их занесения в файл, начиная с нуля. Задав номер элемента файла,

можно непосредственно установить на него указатель. После этого

можно читать или перезаписывать данный элемент. Установка ука-

зателя на нужный элемент файла производится процедурой

Seek(FV,n)

Здесь

FV —

имя файловой переменной, п

—

порядковый номер

элемента.

следующем примере эта процедура будет использована.

Пример

2. Имеется файл, сформированный программой из пре-

дыдущего примера. Пусть некоторые студенты пересдали экзамен

и получили новые оценки. Составить программу внесения резуль-

татов переэкзаменовки в файл. Программа будет запрашивать но-

мер студента в ведомости и его новую оценку. Работа заканчивает-

ся,

если вводится несуществующий номер (9999).

133

Program New_Marks;

Type Stud=Record

FIO:

String[30];

Nz:

String[6];

Mark: 2..5

End;

Var Fstud: File Of Stud;

S: Stud;

Integer;

Begin

Assign(Fstud,'FM.DAT');

Reset(Fstud);

Write('Номер в

ведомости?');

ReadLn(N);

While N<>9999 Do

Begin

Seek(Fstud,N-l);

Read(Fstud,S);

Write(S.FIO,'оценка?');

ReadLn(S.Mark);

Seek(Fstud,N-l);

Write(Fstud,S);

Write('Номер в

ведомости?');

ReadLn

(N);

End;

WriteLn('Работа

закончена!');

Close(Fstud)

End.

Пример требует некоторых пояснений. Список студентов в ве-

домости пронумерован, начиная от 1, а записи в файле нумеру-

ются от 0. Поэтому, если п

—

это номер в ведомости, то номер

соответствующей записи в файле равен п-1. После прочтения

записи «номер п-1» указатель смещается к следующей п-й запи-

си.

Для повторного занесения на то же место исправленной запи-

си повторяется установка указателя.

Упражнения

Описать запись, содержащую сведения о рейсе самолета.

Описать массив записей, содержащий таблицу Д.И.Менде-

леева. Составить программу заполнения массива.

Рассматривая комплексное число как двухэлементную запись,

составить процедуры выполнения арифметических операций с

комплексными числами.

Сведения о деталях, хранящихся на складе, содержат следу-

ющие атрибуты: название, количество, стоимость одной детали.

134

Составить программы, решающие следующие задачи:

а) заполнить файл с информацией о деталях на складе;

б) вычислить общую стоимость деталей;

в) выяснить, какие детали имеются в наибольшем количестве,

какие — в наименьшем;

г) вывести информацию о наличии на складе деталей данного

типа и их количестве;

д) внести изменения в файл после выдачи со склада определен-

ного количества данного вида деталей. Если какой-то тип деталей

полностью выбран со склада, то уничтожить запись о нем в файле.

3.21.

Указатели и динамические структуры

До сих пор мы рассматривали программирование, связанное с

обработкой только статических данных.

Статическими

называют-

ся такие величины, память под которые выделяется во время ком-

пиляции и сохраняется в течение всей

работы

программы.

В Паскале существует и другой способ выделения памяти под

данные, который называется динамическим. В этом случае память

под величины отводится во время выполнения

программы.

Такие ве-

личины будем называть динамическими. Раздел оперативной памя-

ти,

распределяемый статически, называется статической памя-

тью;

динамически распределяемый раздел памяти называется ди-

намической памятью.

Использование динамических величин предоставляет програм-

мисту ряд дополнительных возможностей. Во-первых, подключение

динамической памяти позволяет увеличить объем обрабатываемых

данных. Во-вторых, если потребность в каких-то данных отпала до

окончания программы, то занятую ими память можно освободить

для другой информации. В-третьих, использование динамической

памяти позволяет создавать структуры данных переменного размера.

Работа с динамическими величинами связана с использовани-

ем еще одного типа данных — ссылочного. Величины, имеющие

ссылочный тип, называют указателями.

Указатель

содержит

адрес поля в динамической памяти, храня-

щего величину

определенного

типа. Сам указатель располагается в

статической памяти (рис. 38).

Статическая память Динамическая память

Указатель

Адрес

Величина

Значение

Рис.38

135

Адрес величины —

это номер первого байта поля памяти, в ко-

тором располагается величина. Размер поля однозначно определя-

ется типом.

Величина ссылочного типа (указатель) описывается в разделе

описания переменных следующим образом:

Var <идентификатор>:<ссылочный тип>

стандарте Паскаля каждый указатель может ссылаться на ве-

личину только одного определенного типа, который называется

базовым

для указателя. Имя базового типа и указывается в описа-

нии в следующей форме:

<ссылочный тип>:=

<имя типа>

Вот примеры описания указателей:

Type Massiv=Array[1..100] Of Integer;

Var PI: "Integer;

P2:

Char;

PM:

Massiv;

Здесь Pi

—

указатель на динамическую величину целого типа;

Р2

—

указатель на динамическую величину символьного типа;

РМ

—

указатель на динамический массив, тип которого задан в

разделе Туре.

Сами динамические величины не требуют описания в програм-

ме,

поскольку во время компиляции память под них не выделяет-

ся.

Во время компиляции память вьщеляется только под статичес-

кие величины. Указатели

—

это статические величины, поэтому

они требуют описания.

Каким же образом происходит выделение памяти под динами-

ческую величину? Память под динамическую величину, связанную

с указателем, вьщеляется в результате выполнения стандартной про-

цедуры

NEW.

Формат обращения к этой процедуре выглядит так:

NEW(<указатель>);

Считается, что после выполнения этого оператора создана ди-

намическая величина, имя которой имеет следующий вид:

<имя динамической величины>::=<указатель>

Пусть в программе, в которой имеется приведенное выше опи-

сание, присутствуют операторы

NEW(Pl); NEW(P2); NEW(PM);

После их выполнения в динамической памяти оказывается

выделенным место под три величины (две скалярные и один мас-

сив),

которые имеют идентификаторы

Р1

Р2

, РМ

136

Например, обозначение Р1

можно расшифровать так: дина-

мическая переменная, на которую ссылается указатель Р1.

На схеме, представленной на рис. 39, показана связь между

динамическими величинами и их указателями.

Статическая память

Указатель

р?

1 М

Динамическая памят

Величина

—* г/ \1 оаит^

Рис.

Дальнейшая работа с динамическими переменными происхо-

дит точно так же, как со статическими переменными соответ-

ствующих типов. Им можно присваивать значения, их можно ис-

пользовать в качестве операндов в выражениях, параметров под-

программ

т.п. Например, если переменной

Р1

нужно присвоить

значение 25, переменной Р2

присвоить значение символа

W, а

массив

РМ

заполнить по порядку целыми числами от

до 100, то

это делается так:

Р1

:=25;

Р2

:='И';

For I:=l То 100 Do РМ

[1]:=1;

Кроме процедуры

NEW

значение указателя может определяться

оператором присваивания:

<указатель>:=<ссылочное выражение>;

В качестве ссылочного выражения можно использовать:

• указатель;

• ссылочную функцию

(т.

е.

функцию, значением которой яв-

ляется указатель);

• константу Nil.

Nil — это зарезервированная константа, обозначающая пус-

тую ссылку, т.е. ссылку, которая ни на что не указывает. При при-

сваивании базовые типы указателя и ссылочного выражения дол-

жны быть одинаковыми. Константу Nil можно присваивать указа-

телю с любым базовым типом.

До присваивания значения ссылочной переменной (с помо-

щью оператора присваивания или процедуры

NEW)

она является

неопределенной.

137

Ввод и вывод указателей не допускается.

Рассмотрим пример. Пусть в программе описаны следующие

указатели:

Var D, P: integer;

К:

Воо1еап;

Тогда допустимыми являются операторы присваивания

D:=P; K:=Nil;

поскольку соблюдается принцип соответствия

типов.

Оператор

к:

ошибочен, так как базовые типы у правой и левой части разные.

Если динамическая величина теряет свой указатель, то она

становится «мусором».

программировании под этим словом пони-

мают информацию, которая занимает память, но уже не нужна.

Представьте себе, что в программе, в которой присутствуют

описанные выше указатели, в разделе операторов записано сле-

дующее:

NEW(D); NEW(P);

{Выделено место в динамической памяти под

две целые переменные. Указатели получили

соответствующие значения}

:=3; Р

:=5;

{Динамическим переменным присвоены

значения}

P:=D;

{Указатели PHD стали ссылаться на одну и

ту же величину, равную 3}

WriteLn(Р

,П

); {Дважды напечатается число 3}

Таким образом, динамическая величина, равная 5, потеряла

свой указатель и стала недоступной. Однако место в памяти она

занимает. Это и есть пример возникновения «мусора». На схеме,

представленной на рис. 40, показано, что произошло в результате

выполнения оператора

p: =D.

Было

Стало

-И 3 [ 1 D

Рис. 40

5LL

В Паскале имеется стандартная процедура, позволяющая осво-

бождать память

отданных, потребность

которых

отпала.

Ее

формат:

DISPOSE(<указатель>);

138

Например, если динамическая переменная Р

больше не нуж-

на, то оператор

DISPOSE(P)

удалит ее из памяти. После этого значение указателя р становится

неопределенным. Особенно существенным становится эффект эко-

номии памяти при удалении больших массивов.

В версиях Турбо Паскаля, работающих под управлением опера-

ционной системы MS DOS, под данные одной программы выде-

ляется 64 килобайта памяти. Это и есть статическая область памя-

ти.

При необходимости работать с большими массивами инфор-

мации этого может оказаться мало. Размер динамической памяти

намного больше (сотни килобайт). Поэтому использование дина-

мической памяти позволяет существенно увеличить объем обра-

батываемой информации.

Следует отчетливо понимать, что работа с динамическими дан-

ными замедляет выполнение программы, поскольку доступ к ве-

личине происходит в два шага: сначала ищется указатель, затем

по нему — величина. Как это часто бывает, действует «закон со-

хранения неприятностей»: выигрыш в памяти компенсируется

проигрышем во времени.

Пример 1. Создать вещественный массив из 10000 чисел, за-

полнить его случайными числами в диапазоне от 0 до 1. Вычис-

лить среднее значение массива. Очистить динамическую память.

Создать целый массив размером

000, заполнить его случайны-

ми целыми числами в диапазоне от -100 до 100 и вычислить его

среднее значение.

Program Sr;

Const NMax=10000;

Type Diapazon=l..NMax;

MasInt=Array[Diapazon] Of Integer;

MasReal=Array[Diapazon] Of

Real;

Var Plint:

MasInt;

PReal:

"MasReal;

I,Midint: Longlnt;

MidReal:

Real;

Begin

MidReal:=0;

Midlnt:=0;

Randomize;

NEW(PReal);

{Выделение памяти под вещественный массив}

{Вычисление и суммирование массива}

For I:=l To NMax Do

Begin PReal

[I]:=Random;

MidReal:=MidReal+PReal~[I]

End;

139