Лекция: Выражения 3 страница

Механизм замены формальных параметров на фактические позволяет нужным образом настроить алгоритм, реализованный в подпрограмме. Турбо Паскаль следит за тем, чтобы количество и тип формальных параметров строго соответствовали количеству и типам фактических параметров в момент обращения к подпрограмме. Смысл используемых фактических параметров зависит от того, в каком порядке они перечислены при вызове подпрограммы. В примере 6.3 первый по порядку фактический параметр будет возводиться в степень, задаваемую вторым параметром, а не наоборот. Пользователь должен сам следить за правильным порядком перечисления фактических параметров при обращении к подпрограмме.

Любой из формальных параметров подпрограммы может быть либо параметром-значением, либо параметром-переменной, либо, наконец, параметром-константой.

В предыдущем примере параметры А и В определены как параметры-значения. Если параметры определяются как параметры-переменные, перед ними необходимо ставить зарезервированное слово VAR, а если это параметры-константы,- слово CONST, например:

Procedure MyProcedure (var a:Real; b:Real; const c:String);

Здесь A — параметр-переменная, В -параметр-значение, а С — параметр-константа.

Определение формального параметра тем или иным способом существенно, в основном, только для вызывающей программы: если формальный параметр объявлен как параметр-переменная, то при вызове подпрограммы ему должен соответствовать фактический параметр в виде переменной нужного типа; если формальный параметр объявлен как параметр-значение или параметр-константа, то при вызове ему может соответствовать произвольное выражение. Контроль за неукоснительным соблюдением этого правила осуществляется компилятором Турбо Паскаля. Если бы для предыдущего примера был использован такой заголовок функции:

Function Power (var a,b:Real):Real;

то при втором обращении к функции компилятор указал бы на несоответствие типа фактических и формальных параметров (параметр -Уесть выражение, в то время как соответствующий ему формальный параметр описан как параметр-переменная).

Для того чтобы понять, в каких случаях использовать тот или иной тип параметров, рассмотрим, как осуществляется замена формальных параметров на фактические в момент обращения к подпрограмме.

Если параметр определен как параметр-значение, то перед вызовом подпрограммы это значение вычисляется, полученный результат копируется во временную память и передается подпрограмме. Важно учесть, что даже если в качестве фактического параметра указано простейшее выражение в виде переменной или константы, все равно подпрограмме будет передана лишь копия переменной (константы). Любые возможные изменения в подпрограмме параметра-значения никак не воспринимаются вызывающей программой, так как в этом случае изменяется копия фактического параметра.

Если параметр определен как параметр-переменная, то при вызове подпрограммы передается сама переменная, а не ее копия (фактически в этом случае подпрограмме передается адрес переменной). Изменение параметра-переменной приводит к изменению самого фактического параметра в вызывающей программе.

В случае параметра-константы в подпрограмму также передается адрес области памяти, в которой располагается переменная или вычисленное значение. Однако компилятор блокирует любые присваивания параметру-константе нового значения в теле подпрограммы.

Представленный ниже пример 6.2.2 поясняет изложенное. В программе задаются два целых числа 5 и 7, эти числа передаются процедуре INC2, в которой они удваиваются. Один из параметров передается как параметр-переменная, другой — как параметр-значение. Значения параметров до и после вызова процедуры, а также результат их удвоения выводятся на экран.

Пример 6.2.2

var

а:Integer = 5;

b:Integer = 7 ;

{-----------------}

Procedure Inc2 (var c:Integer; b:Integer);

begin {Inc2}

с:=с+с;

b:=b+b;

WriteLn('удвоенные: ',c:5,b:5)

end {inc2};

{--------------}

begin {main}

WriteLn('исходные: ',a:5,b:5);

Inc2(a,b);

WriteLn('результат: ',a:5,b:5)

end {main}.

В результате прогона программы будет выведено:

исходные: 5 7

удвоенные: 10 14

результат: 10 7

Как видно из примера, удвоение второго формального параметра в процедуре INC2 не вызвало изменения фактической переменной В, так как этот параметр описан в заголовке процедуры как параметр-значение. Этот пример может служить еще и иллюстрацией механизма «накрывания» глобальной переменной одноименной локальной: хотя переменная В объявлена как глобальная (она описана в вызывающей программе перед описанием процедуры), в теле процедуры ее «закрыла» локальная переменная В, объявленная как параметр-значение.

Итак, параметры-переменные используются как средство связи алгоритма, реализованного в подпрограмме, с внешним миром: с помощью этих параметров подпрограмма может передавать результаты своей работы вызывающей программе. Разумеется, в распоряжении программиста всегда есть и другой способ передачи результатов — через глобальные переменные. Однако злоупотребление глобальными связями делает программу, как правило, запутанной, трудной в понимании и сложной в отладке. В соответствии с требованиями хорошего стиля, программирования рекомендуется там, где это возможно, использовать передачу результатов через фактические параметры-переменные.

С другой стороны, описание всех формальных параметров как параметров-переменных нежелательно по двум причинам. Во-первых, это исключает возможность вызова подпрограммы с фактическими параметрами в виде выражений, что делает программу менее компактной. Во-вторых, и главных, в подпрограмме возможно случайное использование формального параметра, например, для временного хранения промежуточного результата, т.е. всегда существует опасность непреднамеренно испортить фактическую переменную. Вот почему параметрами-переменными следует объявлять только те, через которые подпрограмма в действительности передает результаты вызывающей программе. Чем меньше параметров объявлено параметрами-переменными и чем меньше в подпрограмме используется глобальных переменных, тем меньше опасность получения непредусмотренных программистом побочных эффектов, связанных с вызовом подпрограммы, тем проще программа в понимании и отладке. По той же причине не рекомендуется использовать параметры-переменные в заголовке функции: если результатом работы функции не может быть единственное значение, то логичнее использовать процедуру или нужным образом декомпозировать алгоритм на несколько подпрограмм.

Существует еще одно обстоятельство, которое следует учитывать при выборе вида формальных параметров. Как уже говорилось, при объявлении параметра-значения

осуществляется копирование фактического параметра во временную память. Если этим параметром будет массив большой размерности, то существенные затраты времени и памяти на копирование при многократных обращениях к подпрограмме можно минимизировать, объявив этот параметр параметром-константой. Параметр-константа не копируется во временную область памяти, что сокращает затраты времени на вызов подпрограммы, однако любые его изменения в теле подпрограммы невозможны — за этим строго следит компилятор.

6.4 Рекурсия и опережающее описание

Рекурсия — это такой способ организации вычислительного процесса, при котором подпрограмма в ходе выполнения составляющих ее операторов обращается сама к себе.

Рассмотрим классический пример — вычисление факториала. Программа вводит с клавиатуры целое число N и выводит на экран значение N!, которое вычисляется с помощью рекурсивной функции РАС. Для выхода из программы необходимо либо ввести достаточно большое целое число, чтобы вызвать переполнение при умножении чисел с плавающей запятой, либо нажать Ctrl-Z и Enter.

При выполнении правильно организованной рекурсивной подпрограммы осуществляется многократный переход от некоторого текущего уровня организации алгоритма к нижнему уровню последовательно до тех пор, пока, наконец, не будет получено тривиальное решение поставленной задачи. В примере 6.4.1 решение при N = 0 тривиально и используется для остановки рекурсии.

Пример 6.4.1

Program Factorial;

{$S+} {Включаем контроль переполнения стека}

var

n:Integer;

Function Facfn: Integer): Real;

{Рекурсивная функция, вычисляющая n! }

begin {Fac}

if n < 0 then

WriteLn ('Ошибка в задании N')

else

if n = 0 then

Fac := 1

else

Fac := n * Fac(n-l)

end {Fac} ;

{---------------}

begin {main}

repeat

ReadLn (n) ;

WriteLn ('n!= ',Fac(n))

until EOF

end {main}.

Рекурсивная форма организации алгоритма обычно выглядит изящнее итерационной и дает более компактный текст программы, но при выполнении, как правило, медленнее и может вызвать переполнение стека (при каждом входе в подпрограмму ее локальные переменные размещаются в особым образом организованной области памяти, называемой программным стеком). Переполнение стека особенно ощутимо сказывается при работе с сопроцессором: если программа использует арифметический сопроцессор, результат любой вещественной функции возвращается через аппаратный стек сопроцессора, рассчитанный всего на 8 уровней. Если, например, попытаться заменить тип REAL функции FAC на EXTENDED, программа перестанет работать уже при N = 8. Чтобы избежать переполнения стека сопроцессора, следует размещать промежуточные результаты во вспомогательной переменной. Вот правильный вариант примера для работы с типом EXTENDED:

Program Factorial;

{$S+,N+,E+} {Включаем контроль Стека и работу сопроцессора}

var

n: Integer;

Function Fac(n: Integer): extended;

var

F: extended; {Буферная переменная для разгрузки стека сопроцессора}

{Рекурсивная функция, вычисляющая п! }

begin {Рас}

if n < 0 then

WriteLn ('Ошибка в задании N')

else

if n = 0 then

Fac := 1

else

begin

F := Fac(n-l);

Fac := F * n

end

end {Fac} ;

{--------------}

begin {main}

repeat

ReadLn (n) ;

WriteLn ('n! = ',Fac(n))

until EOF

end {main} .

Рекурсивный вызов может быть косвенным. В этом случае подпрограмма обращается к себе опосредованно, путем вызова другой подпрограммы, в которой содержится обращение к первой, например:

Procedure A(i:Byte);

begin

...

В(i);

...

end;

Procedure В(j:Byte);

...

begin

.......

A(j);

.......

end;

Если строго следовать правилу, согласно которому каждый идентификатор перед употреблением должен быть описан, то такую программную конструкцию использовать нельзя. Для того, чтобы такого рода вызовы стали возможны, вводится опережающее описание:

Procedure В(j:Byte); forward;

Procedure A(i:Byte);

begin

...

В (i) ;

...

end;

Procedure В;

begin

...

A(j);

...

end;

Как видим, опережающее описание заключается в том, что объявляется лишь заголовок процедуры В, а ее тело заменяется стандартной директивой FORWARD. Теперь в процедуре А можно использовать обращение к процедуре В — ведь она уже описана, точнее, известны ее формальные параметры, и компилятор может правильным образом организовать ее вызов. Обратите внимание: тело процедуры В начинается заголовком, в котором уже не указываются описанные ранее формальные параметры.

Лекция № 7

Тема: Типизированные константы.

План:

7.1 Константы простых типов и типа String.

7.2 Константы — массивы.

7.3 Константы – записи.

В Турбо Паскале допускается использование типизированных констант. Они задаются в разделе объявления констант следующим образом:

<идентификатор>: <тип> = <значение>

Здесь <идентификатор> — идентификатор константы;

<тип> — тип константы;

<значение> — значение константы.

Типизированным константам можно присваивать другие значения в ходе выполнения программы, поэтому фактически они представляют собой переменные с начальными значениями. Типизированная константа приобретает указанное в ее объявлении значение, т.е. инициируется, лишь один раз: к моменту начала работы программы. При повторном входе в блок (процедуру или функцию), в котором она объявлена, инициация типизированной константы не производится и она сохраняет то значение, которое имела к моменту выхода из блока.

Типизированные константы могут быть любого типа, кроме файлов. Нельзя также объявить типизированную константу-запись, если хотя бы одно из ее полей является полем файлового типа.

Поскольку типизированная константа фактически не отличается от переменной, ее нельзя использовать в качестве значения при объявлении других констант или границ типа-диапазона.

7.1 Константы простых типов и типа String

Объявление таких констант обычно не вызывает трудностей, так как в качестве их значения используются нетипизированные константы или их идентификаторы. Примеры объявлений:

type

colors = (white, red, black);

7.2 Константы — массивы

В качестве начального значения типизированной константы-массива используется список констант, отделенных друг от друга запятыми; список заключается в круглые скобки, например:

type

colors:=(white,red,black);

const

ColStr:array[colors] of String[5]=('white','red','blaсk');

7.3 Константы — записи

Определение константы-записи имеет следующий вид:

<идентификатор>: <тип> = (<сп.знач.полей>)

Здесь <идентификатор> — идентификатор константы;

<тип> — тип записи;

<сп.знач.полей> — список значений полей.

Список значений полей представляет собой список из последовательностей вида: имя поля, двоеточие и константа. Элементы списка отделяются друг от друга двоеточиями, например:

type

point=record

х, у:Real

end;

vect=array[0..1] of point;

month=(Jan,Feb,Mar,Apr,May,Jun,Jly,Aug,Sep,Oct,Nov,Dec);

date=record

d:1..31;

m:month;

у:1900..1999

end;

const

origon:point=(x :0; у: -1) ;

line:vector=((x:-3.1; у: 1.5), (x: 5.9; у: 3.0)) ;

SomeDay:date=(d: 16; m: Mar; у: 1989);

7.4 Константы — множества

Значение типизированной константы-множества задается в виде правильного конструктора множества, например:

type

days=set of 1..31;

digc=set of '0'..'9';

error=set of 1..24;

const

WorkDays:days=[1..5,8..12,15..19,22..26,29,30];

EvenDigits:digc = ['0','2','4','6','8'];

ErrorFlag:error= [];

7.5 Константы — указатели

Единственным значением типизированной константы-указателя может быть только NIL, например:

Const

pr:Real=NIL;

Лекция № 8

Тема: Файлы

Цель: Научить работать с текстовыми файлами, чтение и запись в файл, дать понятие о типизированных и нетипизированных файлах.

План:

8.1 Доступ к файлам

8.2 Имена файлов

8.3 Инициация файла

8.4 Текстовые файлы

Под файлом понимается либо именованная область внешней памяти ПК (жесткого диска, гибкой дискеты, электронного «виртуального» диска), либо логическое устройство — потенциальный источник или приемник информации.

Любой файл имеет три характерные особенности. Во-первых, у него есть имя, что лает возможность программе работать одновременно с несколькими файлами. Во-вторых, он содержит компоненты одного типа. Типом компонентов может быть любой тип Турбо Паскаля, кроме файлов. Иными словами, нельзя создать «файл файлов». В-третьих, длина вновь создаваемого файла никак не оговаривается при его объявлении и ограничивается только емкостью устройств внешней памяти.

Файловый тип или переменную файлового типа можно задать одним из трех способов:

<имя> = FILE OF <тип>;

<имя> = TEXT;

<имя> = FILE;

Здесь <имя> — имя файлового типа (правильный идентификатор);

FILE, OF — зарезервированные слова (файл, из);

TEXT — имя стандартного типа текстовых файлов;

<тип> — любой тип Турбо Паскаля, кроме файлов.

Например:

type

product = record

name:String;

code:Word;

cost:comp

end;

textSO = file of String [80] ;

var

f1:file of char;

f2:text;

f3:file;

f4:file of product;

В зависимости от способа объявления можно выделить три вида файлов:

­ типизированные файлы (задаются предложением FILE OF...);

­ текстовые файлы (определяются типом TEXT);

­ нетипизированные файлы (определяются типом FILE).

В наших примерах F1 и F4- типизированные файлы, F2 — текстовый файл, F3 -нетипизированный файл. Вид файла, вообще говоря, определяет способ хранения информации в файле. Однако в Турбо Паскале нет средств контроля вида ранее созданных файлов. При объявлении уже существующих файлов программист должен сам следить за соответствием вида объявления характеру файла.

8.1 Доступ к файлам

Любой программе доступны два предварительно объявленных файла со стандартными файловыми переменными: INPUT — для чтения данных с клавиатуры и OUTPUT — для вывода на экран. Стандартный Паскаль требует обязательного упоминания этих файлов в заголовке программы, например, так:

PROGRAM NameOfProgram(input,output) ;

В Турбо Паскале это необязательно, вот почему заголовок программы можно опускать.

Любые другие файлы, а также логические устройства становятся доступны программе только после выполнения особой процедуры открытия файла (логического устройства). Эта процедура заключается в связывании ранее объявленной файловой переменной с именем существующего или вновь создаваемого файла, а также в указании направления обмена информацией: чтение из файла или запись в него.

Файловая переменная связывается с именем файла в результате обращения к стандартной процедуре ASSIGN:

ASSIGN (<ф.п.>, <имя файла или л.у.>); .

Здесь <ф.п.> — файловая переменная (правильный идентификатор, объявленный в программе как переменная файлового типа);

<имя файла или л.у.> — текстовое выражение, содержащее имя файла или логическое устройство.

Если имя файла задается в виде пустой строки, например, ASSIGN(f, ' '), то в зависимости от направления обмена данными файловая переменная связывается со стандартным файлом INPUT или OUTPUT.

8.2 Имена файлов

Имя файла — это любое выражение строкового типа, которое строится по правилам определения имен в MS-DOS (операционной системе ПК):

­ имя содержит до восьми разрешенных символов; разрешенные символы — это прописные и строчные латинские буквы, цифры, и символы:

! @ # $ % ^ & ( ) ' ~ — _

­ имя начинается с любого разрешенного символа;

­ за именем может следовать расширение — последовательность до трех разрешенных символов; расширение, если оно есть, отделяется от имени точкой. Перед именем может указываться так называемый путь к файлу: имя диска и/или имя текущего каталога и имена каталогов вышестоящих уровней.

Весь путь к файлу отделяется от имени файла обратной косой чертой. Максимальная длина имени вместе с путем — 79 символов, например:

var

finp:text;

fout:file of String;

const

name = 'c:\dir\subdir\out.txt';

begin

assign(finp,'123.dat') ;

assign(fout,name);

end.

8.3 Инициализация файла

Инициировать файл означает указать для этого файла направление передачи данных. В Турбо Паскале можно открыть файл для чтения, для записи информации, а также для чтения и записи одновременно.

Для чтения файл инициируется с помощью стандартной процедуры RESET:

RESET (<ф.п.>);

Здесь <ф.п.> — файловая переменная, связанная ранее процедурой ASSIGN с уже существующим файлом или логическим устройством-приемником информации.

При выполнении этой процедуры дисковый файл или логическое устройство подготавливается к чтению информации. В результате специальная переменная-указатель, связанная с этим файлом, будет указывать на начало файла, т.е. на компонент с порядковым номером 0.

Если делается попытка инициировать чтение из несуществующего файла или из логического устройства, возникает ошибка периода исполнения, которая может быть сообщена программе ненулевым значением встроенной функции IORESULT типа WORD. Например, следующий фрагмент программы позволяет установить, существует ли требуемый файл на диске:

var

f:file of char;

begin

assign(f,'myfile.dat');

{$I-} {Отключаем контроль ошибок ввода-вывода}

reset(f);

{$I+} {Включаем контроль ошибок ввода-вывода}

if IOResult <> 0 then

… {Файл не существует}

else

… {Файл существует}

end.

В этом фрагменте с помощью директивы компилятора {$I-} отключается автоматический контроль ошибок ввода-вывода. Если этого не сделать, то отсутствие файла приведет к аварийному завершению программы.

В Турбо Паскале разрешается обращаться к типизированным файлам, открытым процедурой RESET (т.е. для чтения информации), с помощью процедуры WRITE (т.е. для записи информации). Такая возможность позволяет легко обновлять ранее созданные типизированные файлы и при необходимости расширять их. Для текстовых файлов, открытых процедурой RESET, нельзя использовать процедуру WRITE или WRITELN.

Стандартная процедура

REWRITE (<ф.п.>).

инициирует запись информации в файл или в логическое устройство, связанное ранее с файловой переменной <ф.п.>. Процедурой REWRITE нельзя инициировать запись информации в ранее существовавший дисковый файл: при выполнении этой процедуры старый файл уничтожается и никаких сообщений об этом в программу не передается. Новый файл подготавливается к приему информации и его указатель принимает значение 0.

Стандартная процедура

APPEND (<ф.п.>)

инициирует запись в ранее существовавший текстовый файл для его расширения, при этом указатель файла устанавливается в его конец. Процедура APPEND применима только к текстовым файлам, т.е. их файловая переменная должна иметь тип TEXT (см. выше). Процедурой APPEND нельзя инициировать запись в типизированный или нетипизированный файл. Если текстовый файл ранее уже был открыт с помощью RESET или REWRITE, использование процедуры APPEND приведет к закрытию этого файла и открытию его вновь, но уже для добавления записей.

8.4 Текстовые файлы

Текстовые файлы связываются с файловыми переменными, принадлежащими стандартному типу TEXT. Текстовые файлы предназначены для хранения текстовой информации. Именно в такого типа файлах хранятся, например, исходные тексты программ. Компоненты (записи) текстового файла могут иметь переменную длину, что существенно влияет на характер работы с ними.

Текстовый файл трактуется в Турбо Паскале как совокупность строк переменной длины. Доступ к каждой строке возможен лишь последовательно, начиная с первой. При создании текстового файла в конце каждой записи (строки) ставится специальный признак EOLN (End OfLiNe — конец строки), а в конце всего файла — признак EOF (End Of File — конец файла). Эти признаки можно протестировать одноименными логическими функциями (см. ниже). При формировании текстовых файлов используются следующие системные соглашения:

EOLN- последовательность кодов ASCII #13 (CR) и #10 (LF);

EOF — код #26 стандарта ASCII.

Для доступа к записям применяются процедуры READ, READLN, WRITE, WRITELN. Они отличаются возможностью обращения к ним с переменным числом фактических параметров, в качестве которых могут использоваться символы, строки и числа. Первым параметром в любой из перечисленных процедур может стоять файловая переменная. В этом случае осуществляется обращение к дисковому файлу или логическому устройству, связанному с переменной процедурой ASSIGN. Если файловая переменная не указана, происходит обращение к стандартным файлам INPUT к OUTPUT.

Процедура READ.

Обеспечивает ввод символов, строк и чисел. Формат обращения:

READ (<ф.п.>,<сп.ввода>) или READ (<сп.ввода>)

Здесь <сп.ввода> — список ввода: последовательность из одной или более переменных типа CHAR, STRING, а также любого целого или вещественного типа.

При вводе переменных типа CHAR выполняется чтение одного символа из файла и присваивание считанного значения переменной. Если перед выполнением чтения указатель файла достиг конца очередной строки, то результатом чтения будет символ CR (ASCII код #13), а если достигнут конец файла, то — символ EOF (код #26). При вводе с клавиатуры символ CR вводится при нажатии на клавишу Enter, а символ EOF — при одновременном нажатии клавиш CTRL и Z.

При вводе переменных типа STRING количество считанных процедурой и помещенных в строку символов равно максимальной длине строки, если только раньше не встретились символы CR или EOF. В этом случае сами символы CR и EOF в строку не помещаются. Если количество символов во входном потоке данных больше максимальной длины строки, «лишние» символы до конца строки отбрасываются, а новое обращение к READ возвращает пустую строку. Таким образом, процедура READ не в состоянии прочесть последовательность строк: первая строка будет прочитана нормально, а все последующие окажутся пустыми. Для ввода последовательности строк нужно использовать процедуру READLN (см. ниже).

При вводе числовых переменных процедура READ вначале выделяет подстроку во входном потоке по следующему правилу: все ведущие пробелы, символы табуляции и маркеры конца строк EOLN пропускаются; после выделения первого значащего символа, наоборот, любой из перечисленных символов или символ EOF служат признаком конца подстроки. Выделенная таким образом подстрока затем рассматривается как символьное представление числовой константы соответствующего типа и преобразуется во внутреннее представление, а полученное значение присваивается переменной. Если в подстроке был нарушен требуемый формат представления численной константы, возникает ошибка ввода-вывода. Если при пропуске ведущих пробелов встретился символ EOF, переменная получает значение 0. Отметим, что в Турбо Паскале не предусмотрен ввод шестнадцатеричных констант.

При использовании процедуры READ применительно к стандартному файлу INPUT, т.е. при вводе с клавиатуры, символьные строки запоминаются в буфере, который передается процедуре только после нажатия на клавишу Enter. Это позволяет редактировать данные при их вводе. Для редактирования используются следующие клавиши:

­ Backspace, Ctrl-H, перевод курсора влево — стирают символ слева от курсора;

­ перевод курсора вправо — восстанавливает символ за символом предыдущую строку ввода;

­ Ctrl-Z Enter — завершает ввод по процедуре READ; оставшиеся «лишние» символьные параметры принимают значение CHR(26), строки возвращаются пустыми, а численные переменные остаются без изменения.

Максимальная длина буфера ввода при работе с клавиатурой составляет 127 символов. Ввод с клавиатуры по процедуре READ сопровождается эхо-повтором вводимых символов на экране ПК.

Процедура READ прекрасно приспособлена к вводу чисел. При обращении к ней за вводом очередного целого или вещественного числа процедура «перескакивает» маркеры конца строк, т.е. фактически весь файл рассматривается ею как одна длинная строка, содержащая текстовое представление чисел. В сочетании с проверкой конца файла функцией EOF процедура READ позволяет организовать простой ввод массивов данных, например, так:

const

N=1000; {Максимальная длина ввода}

var

f:text;