Структурно-функциональная организация среды пакета Turbo-Pascal

Г.С. Прокудин

ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 

И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ЯЗЫКИ

Основы вычислительной техники,

алгоритмизации и программирования

Учебное пособие и методические указания

По выполнению практических занятий

для студентов специальностей:

7.080401 – Информационные управляющие системы и технологии

7.080404 – Интеллектуальные системы принятия решений

Издательство Европейского университета финансов, информационных cистем, менеджмента и бизнеса, Киев, 2000

ББК 32.973я73

П80

УДК 681.3(075.8)

Рецензент: К.т.н., доцент Н.Н. Гузий (Европейский университет финансов, информационных систем, менеджмента и бизнеса)

Прокудин Г.С. Основы программирования и алгоритмические языки. Основы вычислительной техники, алгоритмизации и программирования.Учебное пособие и методические указания по выполнению практических занятий. – К.: Изд-во Европ. ун-та финансов, информ. cистем, менедж. и бизнеса, 2000 – 62 c.

ISBN 966-7508-285

  Изложены основные конструкции и технология работы в инстру-менталь­ной системе программирования Turbo-Pascal (ТP) языка высокого уровня Pascal. Рассмотрены вопросы алгоритмизации вычислительных процессов и методика составления схем алгоритмов. Описаны основные операторы и конструкции языка ТP. Приведены методические указания по выполнению восьми практи­ческих занятий с индивидуальными контрольными заданиями и примерами решения типовых задач.

ББК 32.973я73

Утверждено на заседании кафедры информационных систем и технологий. Протокол № 4 от 21 сентября 2000 г.

Учебное пособие и методические указания по выполнению практических занятий для студентов специальностей:

7.080401 – Информационные управляющие системы и технологии

7.080404 – Интеллектуальные системы принятия решений

ISBN 966-7508-285                               

Ó Европейский университет финансов, информационных систем, менеджмента и бизнеса

Ó Прокудин Г.С.

2000

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 4

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ................................................ 7

1.1. Структурно-функциональная организация среды пакета Turbo-Pascal 7

1.2. Среда программирования пакета Turbo-Pascal..................... 11

1.3. Технология работы с текстовым редактором........................ 13

1.4. Прогон и отладка программы..................................................... 15

1.5. Алгоритмизация вычислительных процессов........................ 16

1.6. Структура программы на языке Тurbo-Pascal........................ 19

1.7. Типы данных................................................................................... 20

1.8. Выражения и стандартные функции........................................ 21

1.9. Массивы и записи.......................................................................... 25

1.10. Основные операторы.................................................................... 26

1.11. Процедуры и функции................................................................... 29

1.12. Работа с файлами........................................................................... 32

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ 34

Задача 1..................................................................................................... 35

Задача 2..................................................................................................... 36

Задача 3..................................................................................................... 37

Задача 4..................................................................................................... 41

Задача 5..................................................................................................... 51

Задача 6..................................................................................................... 53

Задача 7..................................................................................................... 55

Задача 8..................................................................................................... 57

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................... 59

Основные символы схем алгоритмов................................................. 59

Таблица П. 1.............................................................................................. 60

ТаблицаП. 2.............................................................................................. 61

Таблица П. 3.............................................................................................. 61

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......................................... 62

ВВЕДЕНИЕ

Широкое внедрение компьютерной техники во все сферы человеческой деятельности и создаваемых на ее базе информационных управляющих и интеллектуальных систем принятия решений является на современном этапе объективной необходимостью развития общества. Без использования автоматизированных систем обработки информации, обеспечивающих высокую оперативность и достоверность обработки данных и позволяющих на их основе оптимизировать принимаемые решения, невозможно эффективно управлять слож­ными производственными, экономическими и социально-полити­ческими процессами. Это накладывает дополнительные требования ко всем специалистам, а в особенности к специалистам в области вычислительной техники, которые должны свободно владеть средствами современ­ных информационных технологий, навыками эксплуатации авто­матизированных систем обработки данных и управления, умениями самостоятельной работы с персональными компьютерами.

Заложить фундамент информационной культуры у будущих специалистов в области автоматизированной обработки данных призвана дисциплина «Основы программирования и алгоритмические языки». Эта дисциплина своим появлением обязана бурному развитию индустрии информатики, стремительному процессу информатизации, который начался во всем мире и, в частности, в нашей стране. В этой дисциплине изучаются основные классические алгоритмы обработки информации, средства представления и разработки алгоритмов, наиболее широко используемые системы и языки программирования.

«Основы программирования и алгоритмические языки» — учебная дисциплина, которая входит в цикл фундаментальных дисциплин формирования специалистов по компьютерным наукам и преподается на первом, втором и третьем семестрах их обучения. Ее содержание состоит из трех следующих частей, соответствующих трем семестрам обучения:

Часть I. Основы вычислительной техники, алгоритмизации и программирования;

Часть II. Алгоритмизация информационных процессов;

Часть III. Алгоритмический язык С.

В каждой из частей, соответственно, изучаются следующие алгоритмические языки высокого уровня – PASCAL, DELPHI и C.

Основная цель изучения дисциплины «Основы программирования и алгоритмические языки» научить студентов основным приемам программирования, с учетом современных тенденций развития этой области, прикрепить им умения решать с помощью ЭВМ реальные научно-технические, экономические и управленческие задачи различной степени сложности, а также приобретения студентами:

– умения осуществлять постановку, формализацию и алгоритмиза-цию экономических и управленческих заданий, их решения на ПЭВМ, как с помощью алгоритмических языков программирования, так и с помощью систем управления базами данных;

– навыков практической работы на компьютерах.

Изучение этой дисциплины дает возможность студенту приобрести разносторонние знания про современное состояние и тенденции развития компьютерной техники, сетей, офисной техники, о программном обеспечении, об основных составляющих современных информационных технологий, таких, как графические процессоры, электронные таблицы, системы управления базами данных, системы программирования, операционные системы и их оболочки.

Закрепление студентами основных положений этой дисциплины наряду с образовательно-познавательным имеет и научно-прикладное значение на начальном этапе обучения и формирования специалиста в целом.

Настоящие методические материалы включают учебное пособие, и указания к практическим занятиям по I-ой части дисциплины.

Их цель – дать будущим специалистам по компьютерным наукам знания современных инструментальных (програм­мных) средств решения экономических, финансовых и управлен­ческих задач, научить осуществлять их корректную постановку, формализацию и алгоритмизацию вычислительных процессов, а так­же подготовить студентов к восприятию последующего учебного материала, касающегося использования компьютерной техники в проблемно-ориентированных информационных системах и при реа­лизации специальных методов обработки информации, таких как статисти­ческий анализ, моделирование управляемых процессов, оптимизация принимаемых решений и т.д.

Изучение дисциплины включает аудиторные (лекционные и прак­тические) и индивидуальные занятия (консультации) под руководст­вом преподавателя, а также самостоятельную работу студентов во время прохождения ими компьютерной практики, что обеспечивает закрепление теоретических знаний, способствует приобретению практических навыков работы на ПЭВМ и развитию творческого мышления. Самостоятельная работа осущес­твляется как по специально подготовленным учебным, так и по реальным производственным заданиям.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

СВЕДЕНИЯ

Современные системы программирования (СП) Turbo-Pascal ба­зируются на ЯВУ Pascal, который (созданный изначально для обучения системному подходу к программированию на основе концепций модульности и структурности) в настоящее время считается одним из лучших языков программирования высокого уровня независимо от назначения: от обучения основам программирования до использования в качестве эффективного инструментального средства как любителями, так и профессионалами. В освоении язык Pascal незначительно сложнее языка Basic, тогда как по средствам управления ресурсами ПК Pascal-системы в значительной мере конкурентоспособны с языками класса Ассемблер. Наиболее популярными в настоящее время являются СП Turbo-Pascal фирмы Borland и Ms Pascal; на основе первой из них и будет вестись дальнейшее изложение материала.

Структурно-функциональная организация среды пакета Turbo-Pascal

Рассмотрим на содержательном уровне структуру интегрированно­го пакета Turbo-Pascal и назначение составляющих его компонент. Обсуждение проводится относительно программного объекта – ис­ходного модуля, представляющего собой Pascal-текст некоторой про­граммы, находящийся в PAS-файле ASCII-формата. Программа явля­ется главным модулем и объектом в среде Turbo-Pascal, однако для обеспечения более гибкой компиляции, модульности и связи между отдельными Pascal-программами допускается использование и более мелких единиц (модулей – units). Такой модуль представляет собой часть исходного текста, которая может автономно компилироваться как единое целое. Из данных модулей можно создавать специальные биб­лиотеки фрагментов программ и структур данных, используемых мно­гократно. Для обеспечения интерфейса между модулями, данными и программами используются стандартные описания. При этом если про­граммы и модули могут использовать другие модули, то сам модуль может использовать только модули. Данный принцип модульности поз­воляет создавать и отлаживать ПО по частям, являющимся закончен­ными, обозримыми фрагментами какой-либо задачи. Более того, и сам пакет построен в значительной степени по модульному принципу, схе­матичная структура которого представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Общая структурная организация пакета Turbo-Pascal

В организации пакета можно выделитьтри основных уровня: ядро, оболочку системы программирования (СП) и внешнее окружение, эле­менты которого могут включаться в СП при инсталляции пакета. Рас­смотрим несколько детальнее каждый из этих уровней.

Внешнее окружение пакета включает: библиотеки модулей и про­грамм, утилиты, автономные отладчик Turbo-Debugger и систему Turbo-Assembler, демонстрационные примеры Pascal-программ, а также до­кументацию и Help-информацию по пакету (рис. 1.1). Библиотеки модулей (Turbo.TPL, Graph.TPU и др.) пакета включают как стандарт­ные, так и пользовательские модули. Библиотека Turbo.TPL содержит, по крайней мере, пять обязательных модулей (System, Crt, Dos, Overlay и Printer), которые в среде СП не отличаются от пользовательских и предназначены для обеспечения дополнительных и расширенных функций по созданию Pascal-программ (поддержка всех встроенных функций, расширенные функции управления ПК, поддержка оверлей­ной структуры программ, расширение графических возможностей и т.д.). При необходимости использования указанных функций со­ответствующий модуль (кроме System-модуля, доступ к которому обеспечивается автоматически) должен декларироваться в Uses-предложении программы, например: Uses Dos, Crt, Graph, Vasco, Fido, Salcombe.

Утилиты пакета предназначены как для обеспечения ряда важных функций его эксплуатации, так и для облегчения работы программис­та. Из других компонент внешнего окружения пакета можно отметить ряд DOC-файлов, содержащих дополнительную информацию по па­кету, PAS-файлов с исходными модулями программ-примеров, а также автономные отладчик Turbo-Debugger и СП Turbo-Assembler. Постав­ляемый с пакетом мощный автономный отладчик позволяет достаточно эффективно производить отладку программ, созданных в СП Turbo-C, Turbo-Pascal и Turbo-Assembler. При этом отладчик позволяет произ­водить отладку как на одном ПК, так и посредством виртуального ме­тода на двухмашинном комплексе из IBM-совместимых и соединен­ных через последовательные порты ввода/вывода ПК.

Оболочка СП Turbo-Pascal включает четыре основных встроенных средства по выбору: (1) отладчик, (2) обеспечение объектно-ориенти­рованного программирования (ООП), (3) Help-информация и (4) текстовый редактор. СП Turbo-Pascal располагает достаточно мощным и гибким встроенным отладчиком, позволяющим выполнять программу построчно, отлаживая выражения и модифицируя значения ее пере­менных. Отладчик является составной частью СП, позволяя не выходя из единой среды программирования: редактировать, компилировать и отлаживать Pascal-программы как простой организации, так и оверлейные или объектно-ориентированные. Выделяются три основных типа про­граммных ошибок: компиляции, выполнения и логические.

Ошибки компиляции вызываются нарушениями синтаксиса языка Turbo-Pascal и называются синтаксическими. При обнаружении такой ошибки компилятор прекращает компиляцию, возвращается к исходной программе (локализуя ошибку с помещением в нее курсора) и переводит среду в Edit-режим редактирования с выводом соответствующего диаг­ностического сообщения. Успешное завершение компиляции возмож­но только при отсутствии синтаксических ошибок. Ошибки, возникаю­щие в период выполнения программы, называются семантическими и связаны с некорректными процедурами выполнения при правильном синтаксисе (например, деление на ноль, недостаток ОП и т.д.). Такие ошибки вызывают диагностические сообщения вида:

Runtime error <Код ошибки> at < Относительный адрес>

с прекращением выполнения программы. После этого система авто­матически локализует семантическую ошибку, привязывая ее к соот­ветствующей строке исходного модуля, что позволяет программисту по коду ошибки и ее местоположению во многих случаях идентифи­цировать вызвавшую ее причину. Ошибки, связанные с неадекватностью написанной программы искомому алгоритму решаемой задачи, назы­ваются логическими и СП не идентифицируются.

Во многих случаях при возникновении ошибок (кроме синтакси­ческих) бывает достаточно сложно их локализовать и исправить даже опытному программисту. И в данной ситуации хорошим помощником может оказаться отладчик, предоставляющий программисту целый ряд средств по отладке программ: построчная трассировка программы; выполнение программы до определенного положением курсора места, установление контрольных точек; мониторинг значений переменных, структур данных или выражений; модификация значений переменных, включая строковые указатели, элементы массива и поля записей; быст­рая локализация функций и процедур, а также проверка значений фак­тических параметров при каждом обращении к ним. Функции редак­тирования находятся в группах Run, Compile и Debug главного меню СП (рис. 1.2).

Встроенное средство ООП является существенным развитием компи­лятора СП, предоставляющим возможность в полном объеме ис­пользовать основные концепции современного ООП. Ниже вопросы ООП-технологии будут рассмотрены в иных контекстах более детально Встроенное Help-средство оперативно инициируется по клавише F1, предоставляя программисту справочную информацию по всем основ­ным компонентам СП; информация выводится по активному в данный момент состоянию пакета. Наконец, активируяEdit-группу главного меню СП (рис. 1.2), переходим в режим редактирования исходного модуля программы. Функции редактирования обеспечиваются встроен­ным редактором СП, работа с которым подобна хорошо известным текстовым редакторам Word-типа и особых затруднений не вызывает. К тому же описание управляющих клавиш редактора (поддерживаю­щих команды перемещения курсора, вставки или удаления, работы с выделенными блоками и т.д.) легко получать оперативно по упомянутой выше F1-клавише.

Ядро программирования пакета Turbo-Pascal составляют встроен­ный и автономный компиляторы, отличающиеся только поддержива­емым уровнем автоматизации программирования при прочих равных возможностях. Если автономный компилятор (файл ТРС.ЕХЕ) предпо­лагает использование автономных средств: редактора исходных моду­лей, отладчика и Help-утилиты, то СП (TURBO.EXE) со встроенным компилятором предоставляет эти и другие возможности в рамках единой интегрированной среды программирования. Результатом работы обоих средств программирования является ЕХЕ- или TPU-файл (помещаемый в памяти или на диске), содержащий соответственно выполняемую программу или используемый модуль. Такой файл полу­чает основное имя исходного PAS-файла и содержит символьную ин­формацию и скомпилированное тело модуля. Также для обоих средств доступен TPL-файл, содержащий библиотеку стандартных модулей системы программирования Turbo-Pascal.