Текст книги "Информатика и информационные технологии: конспект лекций"

ЛЕКЦИЯ № 3. Процедуры и функции

1. Понятие вспомогательного алгоритма

Алгоритм решения задачи проектируется путем декомпозиции всей задачи в отдельные подзадачи. Обычно подзадачи реализуются в виде подпрограмм.

Подпрограмма – это некоторый вспомогательный алгоритм, многократно использующийся в основном алгоритме с различными значениями некоторых входящих величин, называемых параметрами.

Подпрограмма в языках программирования – это последовательность операторов, которые определены и записаны только в одном месте программы, однако их можно вызвать для выполнения из одной или нескольких точек программы. Каждая подпрограмма определяется уникальным именем.

В языке Pascal существуют два типа подпрограмм – процедуры и функции. Процедура и функция – это именованная последовательность описаний и операторов. При использовании процедур или функций программа должна содержать текст процедуры или функции и обращение к процедуре или функции. Параметры, указанные в описании, называются формальными, указанные в обращении подпрограммы – фактическими. Все формальные параметры можно разбить на следующие категории:

1) параметры-переменные;

2) параметры-константы;

3) параметры-значения;

4) параметры-процедуры и параметры-функции, т. е. параметры процедурного типа;

5) нетипизированные параметры-переменные.

Тексты процедур и функций помещаются в раздел описаний процедур и функций.

Передача имен процедур и функций в качестве параметров

Во многих задачах, особенно в задачах вычислительной математики, необходимо передавать имена процедур и функций в качестве параметров. Для этого в TURBO PASCAL введен новый тип данных – процедурный, или функциональный, в зависимости от того, что описывается. (Описание процедурных и функциональных типов приводится в разделе описания типов.)

Функциональный и процедурный тип определяется как заголовок процедуры и функции со списком формальных параметров, но без имени. Можно определить функциональный, или процедурный тип без параметров, например:

type

Proc = Procedure;

После объявления процедурного, или функционального, типа его можно использовать для описания формальных параметров – имен процедур и функций. Кроме того, необходимо написать те реальные процедуры или функции, имена которых будут передаваться как фактические параметры.

2. Процедуры в Pascal

Каждое описание процедуры содержит заголовок, за которым следует программный блок. Общий вид заголовка процедуры следующий:

Procedure <имя> [(<список формальных параметров>)];

Процедура активизируется с помощью оператора процедуры, в котором содержатся имя процедуры и необходимые параметры. Операторы, которые должны выполняться при запуске процедуры, содержатся в операторной части модуля процедуры. Если в содержащемся в процедуре операторе внутри модуля процедуры используется идентификатор процедуры, то процедура будет выполняться рекурсивно, т. е. будет при выполнении обращаться сама к себе.

3. Функции в Pascal

Описание функции определяет часть программы, в которой вычисляется и возвращается значение. Общий вид заголовка функции следующий:

Function <имя > [(<список формальных параметров>)]: <тип возвращаемого результата >;

Функция активизируется при ее вызове. При вызове функции указываются идентификатор функции и какие-либо параметры, необходимые для ее вычисления. Вызов функции может включаться в выражения в качестве операнда. Когда выражение вычисляется, функция выполняется и значением операнда становится значение, возвращаемое функцией.

В операторной части блока функции задаются операторы, которые должны выполняться при активизации функции. В модуле должен содержаться, по крайней мере, один оператор присваивания, в котором идентификатору функции присваивается значение. Результатом функции является последнее присвоенное значение. Если такой оператор присваивания отсутствует или он не был выполнен, то значение, возвращаемое функцией, не определено.

Если идентификатор функции используется при вызове функции внутри модуля, то функция выполняется рекурсивно.

4. Опережающие описания и подключение подпрограмм. Директива

В программе может содержаться несколько подпрограмм, т. е. структура программы может быть усложнена. Однако эти подпрограммы могут располагаться на одном уровне вложенности, поэтому сначала должно идти описание подпрограммы, а затем обращение к ней, если только не используется специальное опережающее описание.

Описание процедуры, содержащее вместо блока операторов директиву forward, называется опережающим описанием. В каком-либо месте после этого описания с помощью определяющего описания процедура должна определяться. Определяющее описание – это описание, в котором используется тот же идентификатор процедуры, но опущен список формальных параметров, и в которое включен блок операторов. Описание forward и определяющее описание должны присутствовать в одной и той же части описания процедуры и функции. Между ними могут описываться другие процедуры и функции, которые могут обращаться к процедуре с опережающим описанием. Таким образом, возможна взаимная рекурсия.

Опережающее описание и определяющее описание представляют собой полное описание процедуры. Процедура считается описанной с помощью опережающего описания.

Если в программе будет содержаться довольно много подпрограмм, то программа перестанет быть наглядной, в ней будет тяжело ориентироваться. Во избежание этого некоторые подпрограммы хранят в виде исходных файлов на диске, а при необходимости они подключаются к основной программе на этапе компиляции при помощи директивы компиляции.

Директива – это специальный комментарий, который может быть размещен в любом месте программы, там, где может находиться и обычный комментарий. Однако они различаются тем, что у директивы имеется специальная форма записи: сразу после закрывающей скобки без пробела записывается знак S, а затем, опять же без пробела, указывается директива.

Пример

1) {SE+} – эмулировать математический сопроцессор;

2) {SF+} —формировать дальний тип вызова процедур и функций;

3) {SN+} – использовать математический сопроцессор;

4) {SR+} – проверять выход за границы диапазонов.

Некоторые ключи компиляции могут содержать параметр, например:

{$1 имя файла} – включить в текст компилируемой программы названный файл.

ЛЕКЦИЯ № 4. Подпрограммы

1. Параметры подпрограмм

В описании процедуры или функции задается список формальных параметров. Каждый параметр, описанный в списке формальных параметров, является локальным по отношению к описываемой процедуре или функции, и в модуле, связанном с данной процедурой или функцией, на него можно ссылаться по его идентификатору.

Существуют три типа параметров: значение, переменная и нетипизированная переменная. Они характеризуются следующим.

1. Группа параметров без предшествующего ключевого слова является списком параметров-значений.

2. Группа параметров, перед которыми следует ключевое слово const и за которыми следует тип, является списком параметров-констант.

3. Группа параметров, перед которыми стоит ключевое слово var и за которыми следует тип, является списком нетипизированных параметров-переменных.

4. Группа параметров, перед которыми стоит ключевое слово var или const, за которыми не следует тип, является списком нетипизированных параметров-переменных.

2. Типы параметров подпрограмм

Параметры-значения

Формальный параметр-значение обрабатывается как локальная по отношению к процедуре или функции переменная, за исключением того, что он получает свое начальное значение из соответствующего фактического параметра при активизации процедуры или функции. Изменения, которые претерпевает формальный параметр-значение, не влияют на значение фактического параметра. Соответствующее фактическое значение параметра-значения должно быть выражением, и его значение не должно иметь файловый тип или какой-либо структурный тип, содержащий в себе файловый тип.

Фактический параметр должен иметь тип, совместимый по присваиванию с типом формального параметра-значения. Если параметр имеет строковый тип, то формальный параметр будет иметь атрибут размера, равный 255.

Параметры-константы

Формальные параметры-константы работают аналогично локальной переменной, доступной только по чтению, которая получает свое значение при активизации процедуры или функции от соответствующего фактического параметра. Присваивания формальному параметру-константе не допускаются. Формальный параметр-константа также не может передаваться в качестве фактического параметра другой процедуре или функции. Параметр-константа, соответствующий фактическому параметру в операторе процедуры или функции, должен подчиняться тем же правилам, что и фактическое значение параметра.

В тех случаях, когда формальный параметр не изменяет при выполнении процедуры или функции своего значения, вместо параметра-значения следует использовать параметр-константу. Параметры-константы позволяют при реализации процедуры или функции защититься от случайных присваиваний формальному параметру. Кроме того, для параметров структурного и строкового типа компилятор при использовании вместо параметров-значений параметров-констант может генерировать более эффективный код.

Параметры-переменные

Параметр-переменная используется, когда значение должно передаваться из процедуры или функции вызывающей программе. Соответствующий фактический параметр в операторе вызова процедуры или функции должен быть ссылкой на переменную. При активизации процедуры или функции формальный параметр-переменная замещается фактической переменной, любые изменения в значении формального параметра-переменной отражаются на фактическом параметре.

Внутри процедуры или функции любая ссылка на формальный параметр-переменную приводит к доступу к самому фактическому параметру. Тип фактического параметра должен совпадать с типом формального параметра-переменной, но это ограничение можно обойти с помощью нетипизированного параметра-переменной).

Нетипизированные параметры

Когда формальный параметр является нетипизированным параметром-переменной, то соответствующий фактический параметр может представлять собой любую ссылку на переменную или константу независимо от ее типа. Нетипизированный параметр, описанный с ключевым словом var, может модифицироваться, а нетипизированный параметр, описанный с ключевым словом const, доступен только по чтению.

В процедуре или функции у нетипизированного параметра-переменной тип отсутствует, т. е. он несовместим с переменными всех типов, пока ему не будет присвоен определенный тип с помощью присваивания типа переменной.

Хотя нетипизированные параметры дают большую гибкость, их использование сопряжено с некоторым риском. Компилятор не может проверить допустимость операций с нетипизированными переменными.

Процедурные переменные

После определения процедурного типа появляется возможность описывать переменные этого типа. Такие переменные называют процедурными переменными. Как и целая переменная, которой можно присвоить значение целого типа, процедурной переменной можно присвоить значение процедурного типа. Таким значением может быть, конечно, другая процедурная переменная, но оно может также представлять собой идентификатор процедуры или функции. В таком контексте описания процедуры или функции можно рассматривать как описание особого рода константы, значением которой является процедура или функция.

Как и при любом другом присваивании, значения переменной в левой и в правой части должны быть совместимы по присваиванию. Процедурные типы, чтобы они были совместимы по присваиванию, должны иметь одно и то же число параметров, а параметры на соответствующих позициях должны быть одинакового типа. Имена параметров в описании процедурного типа никакого действия не вызывают.

Кроме того, для обеспечения совместимости по присваиванию процедура или функция, если ее нужно присвоить процедурной переменной, должна удовлетворять следующим требованиям:

1) это не должна быть стандартная процедура или функция;

2) такая процедура или функция не может быть вложенной;

3) такая процедура не должна быть процедурой типа inline;

4) она не должна быть процедурой прерывания (interrupt).

Стандартными процедурами и функциями считаются процедуры и функции, описанные в модуле System, такие как Writeln, Readln, Chr, Ord. Вложенные процедуры и функции с процедурными переменными использовать нельзя. Процедура или функция считается вложенной, когда она описывается внутри другой процедуры или функции.

Использование процедурных типов не ограничивается просто процедурными переменными. Как и любой другой тип, процедурный тип может участвовать в описании структурного типа.

Когда процедурной переменной присваивается значение процедуры, то на физическом уровне происходит следующее: адрес процедуры сохраняется в переменной. Фактически процедурная переменная весьма напоминает переменную-указатель, только вместо ссылки на данные она указывает на процедуру или функцию. Как и указатель, процедурная переменная занимает 4 байта (два слова), в которых содержится адрес памяти. В первом слове хранится смещение, во втором – сегмент.

Параметры процедурного типа

Поскольку процедурные типы допускается использовать в любом контексте, то можно описывать процедуры или функции, которые воспринимают процедуры и функции в качестве параметров. Параметры процедурного типа особенно полезны в том случае, когда над множеством процедур или функций нужно выполнить какие-то общие действия.

Если процедура или функция должны передаваться в качестве параметра, они должны удовлетворять тем же правилам совместимости типа, что и при присваивании. То есть, такие процедуры или функции должны компилироваться с директивой far, они не могут быть встроенными функциями, не могут быть вложенными и не могут описываться с атрибутами inline или interrupt.

ЛЕКЦИЯ № 5. Строковый тип данных

1. Строковый тип в Pascal

Последовательность символов определенной длины называется строкой. Переменные строкового типа определяются путем указания имени переменной, зарезервированного слова string, и возможно, но не обязательно указания максимального размера, т. е. длины строки, в квадратных скобках. Если не задавать максимальный размер строки, то по умолчанию он будет равен 255, т. е. строка будет состоять из 255 символов.

К каждому элементу строки можно обратиться по его номеру. Однако ввод и вывод строк осуществляются целиком, а не поэлементно, как это происходит в массивах. Число введенных символов не должно превышать указанного в максимальном размере строки, так если такое превышение будет иметь место, то «лишние» символы будут проигнорированы.

2. Процедуры и функции для переменных строкового типа

1. Function Copy(S: String; Index, Count: Integer): String;

Возвращает подстроку строки. S – выражение типа String.

Index и Count – выражения целого типа. Функция возвращает строку, содержащую Count символов, начинающихся с позиции Index. Если Index больше, чем длина S, функция возвращает пустую строку.

2. Procedure Delete(var S: String; Index, Count: Integer);

Удаляет подстроку символов длиной Count из строки S, начиная с позиции Index. S – переменная типа String. Index и Count – выражения целого типа. Если Index больше, чем длина S, символы не удаляются.

3. Procedure Insert(Source: String; var S: String; Index: Integer);

Объединяет подстроку в строку, начиная с определенной позиции. Source – выражение типа String. S – переменная типа String любой длины. Index – выражение целочисленного типа. Insert вставляет Source в S, начиная с позиции S[Index].

4. Function Length(S: String): Integer;

Возвращает число символов, фактически используемое в строке S. Обратите внимание: при использовании строк с нуль-окончанием, число символов не обязательно равно числу байтов.

5. Function Pos(Substr: String; S: String): Integer;

Ищет подстроку в строке. Pos ищет Substr внутри S и возвращает целочисленное значение, которое является индексом первого символа Substr внутри S. Если Substr не найден, Pos возвращает нуль.

3. Записи

Запись представляет собой совокупность ограниченного числа логически связанных компонент, принадлежащих к разным типам. Компоненты записи называются полями, каждое из которых определяется именем. Поле записи содержит имя поля, вслед за которым через двоеточие указывается тип этого поля. Поля записи могут относиться к любому типу, допустимому в языке Pascal, за исключением файлового типа.

Описание записи в языке Pascal осуществляется с помощью служебного слова RECORD, вслед за которым описываются компоненты записи. Завершается описание записи служебным словом END.

Например, записная книжка содержит фамилии, инициалы и номера телефона, поэтому отдельную строку в записной книжке удобно представить в виде следующей записи:

type Row = Record

FIO: String[20];

TEL: String[7];

end;

var str: Row;

Описание записей возможно и без использования имени типа, например:

var str : Record

FIO : String[20];

TEL : String[7];

end;

Обращение к записи в целом допускается только в операторах присваивания, где слева и справа от знака присваивания используются имена записей одинакового типа. Во всех остальных случаях оперируют отдельными полями записей. Чтобы обратиться к отдельной компоненте записи, необходимо задать имя записи и через точку указать имя нужного поля. Такое имя называется составным. Компонентой записи может быть также запись, в таком случае составное имя будет содержать не два, а большее количество имен.

Обращение к компонентам записей можно упростить, если воспользоваться оператором присоединения with. Он позволяет заменить составные имена, характеризующие каждое поле, просто на имена полей, а имя записи определить в операторе присоединения.

Иногда содержимое отдельной записи зависит от значения одного из ее полей. В языке Pascal допускается описание записи, состоящей из общей и вариантной частей. Вариантная часть задается с помощью конструкции case Р of, где Р – имя поля из общей части записи. Возможные значения, принимаемые этим полем, перечисляются так же, как и в операторе варианта. Однако вместо указания выполняемого действия, как это делается в операторе варианта, указываются поля варианта, заключенные в круглые скобки. Описание вариантной части завершается служебным словом end. Тип поля Р можно указать в заголовке вариантной части. Инициализация записей осуществляется с помощью типизированных констант.

4. Множества

Понятие множества в языке Pascal основывается на математическом представлении о множествах: это ограниченная совокупность различных элементов. Для построения конкретного множественного типа используется перечисляемый или интервальный тип данных. Тип элементов, составляющих множество, называется базовым типом.

Множественный тип описывается с помощью служебных слов Set of, например:

type M = Set of В;

Здесь М – множественный тип, В – базовый тип.

Принадлежность переменных к множественному типу может быть определена прямо в разделе описания переменных.

Константы множественного типа записываются в виде заключенной в квадратные скобки последовательности элементов или интервалов базового типа, разделенных запятыми. Константа вида [] означает пустое подмножество.

Множество включает в себя набор элементов базового типа, все подмножества данного множества, а также пустое подмножество. Если базовый тип, на котором строится множество, имеет К элементов, то число подмножеств, входящих в это множество, равно 2 в степени К. Порядок перечисления элементов базового типа в константах безразличен. Значение переменной множественного типа может быть задано конструкцией вида [Т], где Т – переменная базового типа.

К переменным и константам множественного типа применимы операции присваивания (:=), объединения (+), пересечения (*) и вычитания (—). Результат выполнения этих операций есть величина множественного типа:

1) ['A','B'] + ['A','D'] даст ['A','B','D'];

2) ['A'] * ['A','B','C'] даст ['A'];

3) ['A','B','C'] – ['A','B'] даст ['C'].

К множественным величинам применимы операции: тождественность (=), нетождественность (<>), содержится в (<=), содержит (>=). Результат выполнения этих операций имеет логический тип:

1) ['A','B'] = ['A','C'] даст FALSE ;

2) ['A','B'] <> ['A','C'] даст TRUE;

3) ['B'] <= ['B','C'] даст TRUE;

4) ['C','D'] >= ['A'] даст FALSE.

Кроме этих операций, для работы с величинами множественного типа используется операция in, проверяющая принадлежность элемента базового типа, стоящего слева от знака операции, множеству, стоящему справа от знака операции. Результат выполнения этой операции – булевский. Операция проверки принадлежности элемента множеству часто используется вместо операций отношения.

При использовании в программах данных множественного типа выполнение операций происходит над битовыми строками данных. Каждому значению множественного типа в памяти ЭВМ соответствует один двоичный разряд.

Величины множественного типа не могут быть элементами списка ввода-вывода. В каждой конкретной реализации транслятора с языка Pascal количество элементов базового типа, на котором строится множество, ограниченно.

Инициализация величин множественного типа производится с помощью типизированных констант.

Приведем некоторые процедуры для работы с множествами.

1. Procedure Exclude(var S: Set of T; I:T);

Удаляет элемент I из множества S. S – переменная типа «множество», и I – выражение типа, совместимого с исходным типом S. Конструкция Exclude(S, I) соответствует S: = S – [I], но генерирует более эффективный код.

2. Procedure Include(var S: Set of T; I:T);

Добавляет элемент I к множеству S. S – переменная типа «множество», и I – выражение типа, совместимого с типом S. Конструкция Include(S, I) соответствует S: = S + [I], но генерирует более эффективный код.