|
Nickolay.info. Обучение. Учебник по Паскалю. Глава 1 |
Первая часть пособия предназначена для изучения базовых приемов программирования. Она последовательно знакомит читателя с азами программистского искусства, начиная с простейших расчетов, состоящих из нескольких формул, и заканчивая применением циклов и массивов.
Написанию программы всегда предшествует разработка некоторого плана (алгоритма) решения задачи. Кратко опишем основные понятия теоретической информатики, связанные с алгоритмами.
Алгоритм -- это однозначно определенная последовательность действий, записанная на понятном исполнителю алгоритмическом языке и определяющая процесс перехода от исходных данных к результату.
В этом определении уже указаны основные свойства алгоритма. Во-первых, алгоритм состоит из конечного набора инструкций или шагов, во-вторых, каждый шаг трактуется исполнителем единственным образом, что позволяет гарантированно получить решение для некоторого набора входных данных, в-третьих, алгоритм всегда сводится к некоторому преобразованию исходных данных в результат или результаты. В этом смысле формулы для решения квадратного уравнения или даже четко составленную инструкцию по варке кофе можно считать алгоритмами, выполнимыми исполнителем-человеком. Для машины, разумеется, требуется более четкая формализация задачи, чем для человека, понимать естественный язык компьютеры пока неспособны, отсюда необходимость учета при составлении алгоритма ограниченного набора инструкций ЭВМ.
Перечислим выделенные в п. 1.1 свойства алгоритма.
· Дискретность -- алгоритм состоит из отдельных инструкций (шагов).
· Однозначность -- каждый шаг понимается исполнителем единственным образом.
· Массовость -- алгоритм работает при меняющихся в некоторых пределах входных данных.
· Результативность -- за конечное число шагов достигается некоторый результат.
Принято выделять 2 основных формы записи алгоритма.
Графическая форма записи (блок-схема) характерна тем, что отдельные шаги алгоритма изображаются геометрическими фигурами, а последовательность выполнения шагов -- связями между этими фигурами. На рис. 1.1 указаны основные элементы блок-схем.
Рис. 1.1. Основные элементы блок-схем
Указанные на рис. 1.1 геометрические фигуры интерпретируются так:
Прямоугольник -- любая последовательность действий; внутри прямоугольника записываются формулы или словесное описание выполняемых действий;
Ромб -- блок проверки условия; так как любое условие может быть только истинно или ложно, у блока 1 вход и 2 выхода, соответствующие действиям, выполняемым в случаях, когда условие истинно и когда оно ложно. Выходы подписывают символами "+" и "-", "да" и "нет", "1" и "0" и т. п.
Параллелограмм -- блок ввода исходных данных. Внутри фигуры обычно пишется, какие именно данные должны быть введены;
Лист с разрывом -- блок вывода данных. Внутри блока указывается, какие данные или сообщения программа выводит для представления пользователю;
Закругленные прямоугольники -- необязательные блоки начала и конца программы, внутри блоков обычно указываются ключевые слова "нач" и "кон" соответственно;
Последняя фигура служит для изображения циклов, как правило, у нее 2 входа (первый и повторный вход в цикл) и 1 выход, соответствующий завершению циклического процесса.
На рис. 1.2 приведен пример блок-схемы, иллюстрирующей известный процесс решения квадратного уравнения.
Язык блок-схем довольно громоздок, как правило, он не применяется профессионалами, однако, на начальном этапе обучения программированию планирование несложных программ в виде блок-схем может оказаться весьма полезным.
Текстовая форма записи алгоритма (псевдокод) характерна тем, что шаги алгоритма и последовательность их выполнения задаются с помощью набора специальных ключевых слов. Эта форма ближе к реальным языкам программирования. Существует много различных вариантов псевдокода, например, в русскоязычной литературе по программированию распространен следующий вариант псевдокода:
· нач -- начало программы;
· кон -- конец программы;
· если ... то ...иначе -- проверка условия;
· ввод -- ввод данных;
· вывод -- вывод данных;
· для ... от .. до ... нц ... кц -- цикл со счетчиком (нц -- начало цикла, кц -- конец);
· пока ... нц ...кц -- цикл с предусловием;
· нц ... кц ... пока -- цикл с постусловием.
Рис. 1.2. Блок-схема решения квадратного уравнения
Все алгоритмические конструкции, соответствующие ключевым словам псевдокода, будут изучены нами в этом пособии. Как правило, программисты используют элементы псевдокода при планировании частей своей будущей программы.
Программа -- это реализация алгоритма на конкретном языке программирования. Совокупность существующих программ образует программное обеспечение (ПО). ПО принято делить на 2 вида.
Системное ПО обеспечивает работу компьютера и внешних устройств, а также поддержку прикладных программ. Оно разрабатывается квалифицированными специалистами на машинно-ориентированных языках программирования, дающих доступ к аппаратуре компьютера. Примерами системного ПО могут служить операционная система Windows (или любая другая), драйверы внешних устройств компьютера, утилиты для его технического обслуживания, системы программирования, применяемые для разработки собственных приложений.
Прикладное ПО предназначено для решения конкретных задач пользователя. Оно разрабатывается на языках высокого уровня, облегчающих процесс программирования за счет множества готовых решений. К одному из таких языков относится и Паскаль, который мы будем изучать.
Разработка любой программы, от несложной учебной задачи до профессионального приложения, может быть разбита на ряд этапов. Кратко опишем и охарактеризуем их.
1. Определение входных и выходных данных, требований к программе.
На первом этапе определяются входные и выходные данные программы, способ ее взаимодействия (интерфейса) с пользователем, язык и среда программирования, в которой она будет разрабатываться, а также требования к аппаратному и системному программному обеспечению компьютеров, на которых будет работать приложение.
2. Разработка алгоритма.
На этом шаге производится определение последовательности действий, ведущих к решению задачи и запись их в одной из указанных в п. 1.3 форм.
3. Кодирование (программирование).
Третий этап -- это перевод алгоритма на язык программирования и создание исходного текста программы в одной из систем программирования. Программа на любом языке состоит из операторов -- так называются отдельные действия, разрешенные в языке. Число операторов в любом языке ограничено и правила их написания жестко заданы.
4. Компиляция и отладка.
Исходный текст на Паскале не будет непосредственно исполняться компьютером -- для работы программы ее требуется откомпилировать, т. е., перевести в машинный код. Эту работу выполняет специальная программа-компилятор или оболочка языка. Оболочка Паскаля, с помощью которой мы будем разрабатывать свои программы, называется Turbo Pascal 7.1, она разработана компанией Borland International в 1983-97 гг. В результате преобразования компилятором исходного текста программы в машинный код получается исполняемый файл с расширением exe, который можно запустить (выполнить) в той операционной системе (ОС), для которой разработан компилятор. Наша оболочка Паскаля создавалась для ОС MS-DOS, однако, в современных ОС семейства Windows программа, написанная на Паскале, работать все же будет, правда, без удобных интерфейсных возможностей Windows.
Итак, компиляция -- это процесс преобразования программы в машинный код. Программа, которую удалось откомпилировать, не обязательно работает правильно. Она может содержать ошибки, для выявления которых предназначен этап отладки -- поиска ошибок в программе. Как правило, компиляция и отладка выполняются программистом в тесной взаимосвязи.
Возможны программные ошибки трех видов:
· синтаксические (ошибки в правилах языка);
· алгоритмические (ошибки в логике программы);
· ошибки времени исполнения, возникающие в процессе работы запущенной программы.
Компилятор способен найти только синтаксические ошибки, для выявления же алгоритмических ошибок служит этап тестирования программы. Ошибки времени исполнения возникают как результат некорректных действий пользователя, недопустимых операций над данными (например, попытки извлечь квадратный корень из отрицательного числа, поделить на ноль) или ошибок программного и аппаратного обеспечения ЭВМ. Об их обработке будет рассказано в гл. 8.
5. Тестирование.
Тестированием называют проверку правильности работы программы на наборах "пробных" (тестовых) данных с заранее известным результатом. Конечно же, тестирование всей программы сразу возможно лишь для несложных учебных задач. Реальные программы, как правило, тестируются "по частям" -- отдельными функциями и модулями.
6. Документирование и поддержка.
Этот этап включает в себя создание справочной системы и документации к программе, возможно, расширение ее функциональности, выпуск новых версий, исправление ошибок, которые практически неизбежны в любой сложной программной системе. В наших учебных задачах этап поддержки будет отсутствовать.
 гостевая; E-mail
|