Часто встречающимися ошибками при программировании циклов являются использование в теле цикла переменных, которым не были присвоены начальные значения, а также неверная запись условия продолжения цикла. Нужно помнить и о том, что в операторе while истинным должно являться условие повторения вычислений, а в операторе repeat — условие их окончания.
Чтобы избежать ошибок, рекомендуется:
- не забывать о том, что если в теле циклов while и for требуется выполнить более одного оператора, нужно заключать их в блок;
- убедиться, что всем переменным, встречающимся в правой части операторов присваивания в теле цикла, до этого присвоены значения, а также проверить, возможно ли выполнение других операторов;
- проверить, изменяется ли в теле цикла хотя бы одна переменная, входящая в условие продолжения цикла;
- предусматривать аварийный выход из итеративного цикла по достижении некоторого предельно допустимого количества итераций (пример см. в следующем разделе).
Если по какой-либо ветви требуется записать не один, а несколько операторов, они заключаются в блок с помощью ключевых слов begin и end.
Процедуры передачи управления
В Паскале есть несколько стандартных процедур, изменяющих последовательность выполнения операторов:
break — завершает выполнение цикла, внутри которого записана;
continue — выполняет переход к следующей итерации цикла;
exit — выполняет выход из программы или подпрограммы, внутри которой записана;
halt — немедленно завершает выполнение программы.
Кроме того, для передачи управления используется оператор перехода goto.
Оператор перехода goto
Этот оператор имеет простой синтаксис: в точке программы, из которой требуется организовать переход, после слова goto через пробел записывается имя метки, например goto 1 или goto error. При программировании на Паскале необходимость в применении оператора перехода возникает, как правило, в двух случаях:
- принудительный выход вниз по тексту программы из нескольких вложенных циклов или операторов выбора;
- переход из нескольких мест программы в одно (например, если перед выходом из программы необходимо всегда выполнять какие-либо действия).
Во всех остальных случаях следует преобразовать алгоритм так, чтобы он мог быть записан с помощью базовых конструкций.
Строковые операции
До сих пор мы с вами рассматривали программы, реализующие алгоритмы обработки числовых данных. Однако хоть ЭВМ изначально и были созданы только для этой цели, по мере развития аппаратной части появилась возможность оцифровывать данные других типов, хранить их в памяти машины, перерабатывать, выводить во внешний по отношению к компьютеру мир. Проще всего можно было так поступить с текстовой информацией. Если не ставить перед машиной задачу "понимания" смысла текста, то задача оцифровки сводится к установлению правил замены символов (литер) при вводе в компьютер на их коды и обратной замены при выводе информации на экран или принтер. Такие правила, конечно же, были составлены. Как водится, сначала их было множество (вспомните разнообразие таблиц кодировки), затем весь мир остановился на ASCII.
Все языки программирования высокого уровня имеют средства работы с литерными величинами. Паскаль - не исключение. Как вам уже известно, в стандарте языка описаны два типа переменных для литерных величин. Это - String и Char. Напомню - переменная типа Char может содержать в себе только один единственный символ, тип String предназначен для хранения строковых величин до 255 символов длиною. Кстати, вы знаете не все о типе String. При описании переменной этого типа вы можете сами указать максимальное число символов, которое можно занести в нее. Конечно же, это число не должно превышать 255. Делается это так:
Var S: String[30];
Для чего это нужно?
Дело в том, что при компиляции для каждой переменной отводится свой участок памяти. Если мы будем выделять для всех переменных типа String по 256 байт, то это приведет к тому, что при использовании достаточно большого их количества, памяти может и не хватить? Но если в переменной мы собираемся хранить, например, фамилию пользователя, то тридцати символов (тридцати байт) для этого вполне достаточно. Таким образом, экономится память и увеличивается быстродействие программ.
Переменным строкового типа можно присваивать строковые величины (внутри программы они заключаются в апострофы), значения выражений, которые приводят к строковым величинам. Значения можно также вводить с клавиатуры. При этом апострофы не используются. Как вам известно, в числовую переменную нельзя ввести строковую величину. Сделать наоборот - возможно, однако число, находящееся в строковой переменной представляет собой просто последовательность символов (цифр), поэтому в арифметических выражениях участвовать не может.
Также, новым для вас явится то, что при использовании строковой переменной, к каждому ее символу можно обратиться отдельно. Необходимо только знать номер нужного символа от начала строки. Его достаточно поставить после имени переменной типа String в квадратных скобках.
Пример: S[5] - пятый символ строки S.
С отдельным символом строки можно производить все действия, которые можно производить с любой символьной переменной (ввод, присвоение, вывод на экран, участие в выражениях и т.д.).
Обратите внимание на то, что нумерация символов в строке начинается с единицы. Внутри квадратных скобок вместо числа может находиться выражение, результатом которого является целое число. Главное чтобы символ с таким номером в строке существовал. Но как же узнать, сколько символов в данный момент находится в строковой переменной? Для этого существует специальная функция, которая возвращает длину строковой переменной в символах. Это функция Length. Ее формат: Length(S)
Здесь S - либо строковая величина, либо строковая переменная.
Приведенная далее программа выводит на экран длину введенной пользователем строковой величины.
Program Str1;
Var
S: String;
Begin
Writeln('Введите последовательность символов');
Readln(S);
Writeln('Вы ввели строку из ',Length(S), ' символов')
End.
Другой пример:
Решим задачу: "Введенную строку вывести на экран по одному символу в строке экрана".
Program Str2;
Var
S: String;
I: Byte;
Begin
Writeln('Введите строку');
Readln(S);
For I:=1 to Length(S) do {организуем цикл, начиная с первого символа}
Writeln(S[I]) {строки, до последнего (номер последнего}
{совпадает с количеством символов строки S) }
End.
Какие же еще действия можно выполнять с переменными строкового типа?
Две строковые величины можно состыковывать. Эта операция называется конкатенацией и обозначается знаком "+".
Например, результатом выполнения следующих команд:
R:= 'kadabra';
H:= 'abra';
S:=H+R;
в переменной S будет значение 'abrakadabra'.
Для конкатенации результат зависит от порядка операндов (в отличие от операции сложения). Следует помнить о том, какой максимальной длины может быть результирующая переменная, так как в случае превышения значением выражения числа, указанного после String в описании переменной, "лишние" символы в переменную не попадут.
Строковые величины можно сравнивать между собой. Это относится также и к строковым переменным. Но как же компьютер определяет, какая строка больше:
- та, которая длиннее?
- та, которая содержит больше заглавных букв?
На самом деле такая проверка проходит довольно сложно: компьютер сравнивает сначала первые символы строк. Большим из двух считается тот, код которого больше (вспомните, что такое код символа). Если равны первые символы, то так же анализируется следующая пара до тех пор, пока не будет найдено различие. Если начало строк совпадает, а одна из них кончается раньше, то вторая автоматически называется большей.
Код символа в Паскале можно определить при помощи функции Ord.
Ее формат: Ord(C), где С - либо непосредственно указанный символ, либо переменная символьного типа, либо один символ строковой переменной. Вообще, функция Ord имеет более глубокий смысл, но об этом - позже. Есть и обратная функция, которая возвращает символ по известному коду. Это функция Chr(N), где N - выражение, приводящее к целому числу в интервале от 0 до 255 (возможные значения кода символа). Очевидно, что Chr(Ord(C))=C, Ord(Chr(N))=N.
Следующая маленькая программа выводит на экран кодовую таблицу:
Program Str3;
Var I: Byte;
Begin
For I:=32 to 255 do Write('VV',I:4, '-',Chr(I))
End.
Цикл в программе начинается с 32 потому, что символы с кодами от 0 до 31 являются управляющими и не имеют соответствующего графического представления.
Задача: "Определить, является ли введенная строка "перевертышем". Перевертышем называется такая строка, которая одинаково читается с начала и с конца. Например, "казак" и "потоп" - перевертыши, "канат" - не перевертыш".
Поступим следующим образом: из введенной строки сформируем другую строку из символов первой, записанных в обратном порядке, затем сравним первую строку со второй; если они окажутся равны, то ответ положительный, иначе - отрицательный. Естественно, предложенный способ решения не является единственно возможным.
Program Str4;
Var S,B: String;
I: Byte;
Begin
Writeln('Введите строку');
Readln(S);
B:=''; {Переменной B присваиваем значение "пустая строка"}
For I:=1 to Length(S) do
B:=S[I]+B; {Конкатенация. Символы строки S пристыковываются к}
{переменной B слева. Самым левым окажется последний.}
If B=S Then Writeln('Перевертыш') Else Writeln('Не перевертыш')
End.
Число, записанное в строковую переменную, естественно числом не является, но очень часто требуется его все же использовать в качестве числа. Для этого нужно произвести преобразование типа. Перевод строкового представления числа в числовое выполняет в Паскале оператор Val.
Его формат: Val(S,X,C);
Здесь S - строка, содержащая число, X - числовая переменная, в которую будет помещен результат, С - переменная целочисленного типа, в которую помещается первого встреченного в S отличного от цифры символа. Если после выполнения оператора Val переменная С имеет значение 0, то это означает, что преобразование типа прошло совершенно успешно и в строке нецифровых символов не встретилось.
Противоположное действие осуществляет оператор Str. Формат оператора:
Str(X,S);
X - число (либо арифметическое выражение), S - строковая переменная.
В переменную S попадает строковое представление числа X. Это нужно, например, при необходимости выводить на экран числа в графическом режиме (будет изучено позже), так как стандартные процедуры вывода на экран там работают только со строковыми величинами.
Для иллюстрации рассмотрим такую задачу: "Найти сумму цифр введенного натурального числа". Используя только числовые переменные, решить ее можно, но предлагаемое здесь решение, по-моему, проще.
Program Str5;
Var
S: String;
I,X,A,C: Integer;
Begin
Writeln('Введите натуральное число');
Readln(S); {Число вводится в строковую переменную}
A:=0;
For I:=1 To Length(S) Do
Begin
Val(S[I],X,C); {Цифровой символ превращается в число}
A:=A+X {Цифры суммируются}
End;
Writeln('Сумма цифр равна ',A)
End.
Теперь рассмотрим еще несколько действий над строками:
- оператор DELETE(S,I,C) из строковой переменной S удаляет C символов, начиная с I-того;
- оператор INSERT(SN,S,I) вставляет подстроку SN в строковую переменную S перед символом с номером I;
- функция COPY(S,I,C) возвращает подстроку строки S из C символов, начиная с символа с номером I;
- функция Pos(SN,S) возвращает номер символа, с которого в строке S начинается подстрока SN (позицию первого вхождения подстроки в строку). Если такой подстроки нет, то возвращается ноль.
Пример их использования: "Во введенной строке заменить все вхождения подстроки 'ABC' на подстроки 'KLMNO'".
Program Str6;
Var
S: String;
A: Byte;
Begin
Writeln('Введите строку');
Readln(S);
While Pos('ABC',S)<>0 Do
Begin
A:= Pos('ABC',S);
Delete(S,A,3);
Insert('KLMNO',S,A)
End;
Writeln(S)
End.
Определение типов
Как было упомянуто ранее, в изучаемом языке возможно определять новые типы переменных. После определения этот тип становится доступным для описания переменных, также как и стандартные типы.
Новый тип перед первым его использованием должен быть описан в соответствующем разделе описаний. Его заголовок - служебное слово Type.
Type
<Имя типа> = <Описание типа>;
Есть несколько способов описания. Иногда говорят даже о видах типов (как бы это странно ни звучало).
Итак, первым рассмотрим так называемый перечисляемый тип.
Перечисляемый тип используется для повышения наглядности программ, позволяя записывать в переменные этого типа названия разнообразных объектов, исследуемых программой. Этот тип представляет собой набор идентификаторов, с которыми могут совпадать значения параметров.
Формат описания следующий: <Имя типа> = (<Ид.1>, <Ид.2>,? <Ид.n>);
Далее можно определить любое число переменных уже описанного типа. Обратите внимание на то, что каждый идентификатор может участвовать в описании только одного перечисляемого типа.
Этим переменным можно присваивать только значения из списка, определенного при описании типа. Эти значения не являются ни числами, ни строковыми величинами, ни даже величинами логического типа, поэтому они не могут участвовать в арифметических, строковых, логических выражениях, а также не могут быть выведены на экран или принтер. Величины перечисляемого типа можно сравнивать между собой, над их множеством в языке Паскаль определены несколько функций:
Ord(X) - порядковый номер значения переменной X в списке идентификаторов.
Succ(X) - следующее значение для величины Х.
Pred(X) - предыдущее значение данного типа.
Обратите внимание на то, что для функции Ord нумерация среди значений идет, начиная от нуля. Для последнего значения нельзя применять функцию Succ, для первого - Pred.
Переменные различных перечисляемых типов несовместимы друг с другом.
Множество стандартных порядковых типов в языке Паскаль на самом деле определены как перечисляемые. Это типы Char, Integer, другие. Достоинства стандартных порядковых типов лишь в том, что над каждым из них уже определены специфические действия. Например, тип Boolean описан так:
Type Boolean = (False, True);
Единственное его отличие от перечисляемых типов, определяемых программистом, состоит в том, что значения типа Boolean можно выводить на экран. Можете проверить, Ord(False)=0.
Интересно, что переменная перечисляемого типа может быть счетчиком в цикле "с параметром".
Пример:
Program T1 ;
Type Colors = (Black, Blue, Green, Cyan, Red, Magenta, Brown, Yellow, White);
Var C1,C2: Colors;
Begin
C1:=Green; C2:=Red;
Writeln(Ord(C1), Ord(Succ(C2)))
End.
Во время выполнения на экране появятся числа "2" и "5", что соответствует номерам значений Green и Magenta.
Следующий тип, который можно определить в программе - тип-диапазон.
Здесь не нужно перечислять все значения этого типа, потому, что возможными для него являются значения поддиапазона уже определенного до него любого порядкового типа (стандартного или описанного ранее перечисляемого типа). Достаточно лишь указать начальную и конечную величину отрезка порядкового типа. Единственное условие: начальное значение не должно превышать конечное.
Формат описания отрезочного типа:
Type
<Имя типа>=<Нач.>..<Кон.>;
Примеры:
Type
Age=0..150; {Целое число в интервале от 0 до 150}
Lat='A'.. 'Z'; {Заглавные буквы латинского алфавита}
Month=(January, February, March, April, May, June, July, August, September, October, November, December);
Spring=March..May; {Весенние месяцы}
Есть еще одна возможность определить новый тип, о существовании которой можно было бы и догадаться.
Type
<Имя типа>=<Имя ранее определенного или стандартного типа>;
Пример:
Type
Number=Byte;
Массивы
До сих пор мы рассматривали переменные, которые имели только одно значение, могли содержать в себе только одну величину определенного типа. Исключением являлись лишь строковые переменные, которые представляют собой совокупность данных символьного типа, но и при этом мы говорили о строке, как об отдельной величине.
Вы знаете, что компьютер предназначен в основном для облегчения работы человека с большими информационными объемами. Как же, используя только переменные известных вам типов, сохранить в памяти и обработать данные, содержащие десяток, сотню, тысячу чисел или, к примеру, строк? А ведь такие задачи встречаются в любой области знания. Конечно, можно завести столько переменных, сколько данных, можно даже занести в них значения, но только представьте, какой величины будет текст такой программы, сколько времени потребуется для его составления, как много места для возможных ошибок? Естественно, об этом задумывались и авторы языков программирования. Поэтому во всех существующих языках имеются типы переменных, отвечающие за хранение больших массивов данных. В языке Паскаль они так и называются: "массивы".
Одномерные массивы
Массивом будем называть упорядоченную последовательность данных одного типа, объединенных под одним именем. Кстати, под это определение подходит множество объектов из реального мира: словарь (последовательность слов), мультфильм (последовательность картинок) и т. д. Проще всего представить себе массив в виде таблицы, где каждая величина находится в собственной ячейке. Положение ячейки в таблице должно однозначно определяться набором координат (индексов). Самой простой является линейная таблица, в которой для точного указания на элемент данных достаточно знания только одного числа (индекса). Мы с вами пока будем заниматься только линейными массивами, так как более сложные структуры строятся на их основе.
Описание типа линейного массива выглядит так:
Type <Имя типа>=Array [<Диапазон индексов>] Of <Тип элементов>;
В качестве индексов могут выступать переменные любых порядковых типов. При указании диапазона начальный индекс не должен превышать конечный. Тип элементов массива может быть любым (стандартным или описанным ранее).
Описать переменную-массив можно и сразу (без предварительного описания типа) в разделе описания переменных:
Var <Переменная-массив>: Array [<Диапазон индексов>] Of <Тип элементов>;
Примеры описания массивов:
Var
S, BB: Array [1..40] Of Real;
N: Array ['A'..'Z'] Of Integer;
R: Array [-20..20] Of Word;
T: Array [1..40] Of Real;
Теперь переменные S, BB и T представляют собой массивы из сорока вещественных чисел; массив N имеет индексы символьного типа и целочисленные элементы; массив R может хранить в себе 41 число типа Word.
Единственным действием, которое возможно произвести с массивом целиком - присваивание. Для данного примера описания впоследствии допустима следующая запись:
S:=BB;
Однако, присваивать можно только массивы одинаковых типов. Даже массиву T присвоить массив S нельзя, хотя, казалось бы, их описания совпадают, произведены они в различных записях раздела описания.
Никаких других операций с массивами целиком произвести невозможно, но с элементами массивов можно работать точно также, как с простыми переменными соответствующего типа. Обращение к отдельному элементу массива производится при помощи указания имени всего массива и в квадратных скобках - индекса конкретного элемента. Например:
R[10] - элемент массива R с индексом 10.
Фундаментальное отличие компонента массива от простой переменной состоит в том, что для элемента массива в квадратных скобках может стоять не только непосредственное значение индекса, но и выражение, приводящее к значению индексного типа. Таким образом реализуется косвенная адресация:
- BB[15] - прямая адресация;
- BB[K] - косвенная адресация через переменную K, значение которой будет использовано в качестве индекса элемента массива BB.
Такая организация работы с такой структурой данных, как массив, позволяет использовать цикл для заполнения, обработки и распечатки его содержимого.
Если вы помните, с такой формой организации данных мы встречались, когда изучали строковые переменные. Действительно, переменные типа String очень близки по своим свойствам массивам типа Char. Отличия в следующем: строковые переменные можно было вводить с клавиатуры и распечатывать на экране (с обычным массивом это не проходит); длина строковой переменной была ограничена 255 символами (255 B), а для размера массива критическим объемом информации является 64 KB.
Теперь рассмотрим несколько способов заполнения массивов и вывода их содержимого на экран. В основном мы будем пользоваться числовыми типами компонент, но приведенные примеры будут справедливы и для других типов (если они допускают указанные действия).
Program M1;
Var
A: Array [1..20] Of Integer;
Begin
A[1]:=7; {Заполняем массив значениями (отдельно каждый компонент)}
A[2]:=32;
A[3]:=-70;
.............. {Трудоемкая задача?}
A[20]:=56;
Writeln(A[1],A[2],A[3],?,A[20])
End.
Как бы ни был примитивен приведенный пример, он все же иллюстрирует возможность непосредственного обращения к каждому элементу массива отдельно. Правда, никакого преимущества массива перед несколькими простыми переменными здесь не видно. Поэтому - другой способ:
Program M2;
Var
A: Array [1..20] Of Integer;
I: Integer;
Begin
For I:=1 To 20 Do {Организуем цикл с параметром I по всем возможным}
Readln(A[I]); {значениям индексов и вводим A[I] с клавиатуры }
For I:=20 Downto 1 Do {Распечатываем массив в обратном порядке}
Write(A[I],'VVV')
End.
Эта программа вводит с клавиатуры 20 целых чисел, а затем распечатывает их в обратном порядке. Теперь попробуйте написать такую же программу, но без использования структуры массива. Во сколько раз она станет длиннее? Кстати, введение язык Паскаль цикла с параметром было обусловлено во многом необходимостью обработки информационных последовательностей, т. е. массивов.
Следующая программа заполняет массив значениям квадратов индексов элементов:
Program M3;
Const
N=50; {Константа N будет содержать количество элементов массива}
Var
A: Array [1..N] Of Integer;
I: Integer;
Begin
For I:=1 To N Do
A[I]:=I*I
For I:=1 To N Do
Write(A[I],'VVV')
End.
В дальнейшем для учебных целей мы будем использовать массивы, заданные с помощью генератора случайных чисел. В языке Паскаль случайные числа формирует функция Random. Числа получаются дробными, равномерно расположенными в интервале от 0 до 1. Выражение, дающее целое случайное число в интервале [-50,50] будет выглядеть так:
Trunc(Random*101)-50
Зададим и распечатаем случайный массив из сорока целых чисел:
Program M4;
Const
N=40; {Константа N будет содержать количество элементов массива}
Var
A: Array [1..N] Of Integer;
I: Integer;
Begin
For I:=1 To N Do
Begin
A[I]:= Trunc(Random*101)-50
Write(A[I],'VVV')
End
End.
С обработкой линейных массивов связано множество задач. Их мы рассмотрим на практических занятиях.