🗊Презентация Основы алгоритмизации и процедурное программирование. Простейшие конструкции языка Delphi / Pascal (Глава 1)

Основы программирования МГТУ им. Н.Э. Баумана Факультет Информатика и системы управления Кафедра Компьютерные системы и сети Лектор: д.т.н., проф. Иванова Галина Сергеевна

Дисциплина Основы программирования Содержание дисциплины: Модуль 1. Основы алгоритмизации и программирование с использованием скалярных типов данных. Модуль 2. Структурные типы данных и модульное программирование. Модуль 3. Организация данных на внешних носителях и в оперативной памяти. Язык программирования: Паскаль (Delphi Pascal) Среда программирования: Turbo Delphi 2006 (Free version) Объем дисциплины – 7 зачетных единиц – 256 часов: лекции – 51 час - знакомство с теоретическим материалом; семинары – 34 часа - разработка алгоритмов решения задач; лабораторные работы – 34 часа – 8*4+2(зачет) часов - изучение приемов программирования; самостоятельная работа – 16*6 часов - закрепление материала.

Расписание лабораторных работ: ИУ6-11 – числ. пятница 1015-1335 ИУ6-12 – знам. пятница 1015-1335 ИУ6-13 – числ. понедельник 830-1150 ИУ6-14 – знам. понедельник 830-1150 ИУ6-15 – числ. понедельник 1200-15 25 Место проведения: кафедра КС и С, ауд. № 805 (ГК, 8 этаж) С собой иметь: тетрадь, ручку, карандаш, линейку, флешку, материалы лекций или учебник. Посещение всех занятий обязательно! Отчетность по дисциплине: 3 рубежных контроля (РК): - РК 1. Итерационные циклы - 2 часа – 5-6 недели. - РК 2. Матрицы и подпрограммы - 2 часа – 10-11 недели. - РК 3. Файлы и дин. память - 2 часа – 15-16 недели. экзамен.

Учебные материалы

Консультации проф. Г.С. Ивановой Консультации проводятся: а) лично - на кафедре ИУ6 (главное здание, 8 этаж, ауд. 807): вторник числ. с 13-30 до 14-30; пятница с 12-00 до 13-00 б) по электронной почте: gsivanova@gmail.com

Анкета Фамилия, имя, отчество, адрес эл. почты Оцените свой уровень владения компьютером: Знаком с клавиатурой, играл в игры… Могу скопировать файлы на флешку и обратно… Хорошо ориентируюсь в файловой системе, могу установить пути для программ… Укажите, с какими операционными системами работали? Изучали ли вы программирование в школе? Сколько лет? Какие языки программирования изучали? В каких средах? Оцените уровень ваших знаний: Имею представление о программировании… Могу посчитать площадь треугольника… Могу решать задачи на обработку матриц… Могу использовать динамические структуры данных… Могу использовать объектно-ориентированное программирование… Есть ли дома доступ к компьютеру? Есть ли дома доступ к Интернету?

Часть 1. Основы алгоритмизации и процедурное программирование МГТУ им. Н.Э. Баумана Факультет Информатика и системы управления Кафедра Компьютерные системы и сети Лектор: д.т.н., проф. Иванова Галина Сергеевна

Введение Паскаль – универсальный язык программирования высокого уровня. Поддерживает структурный и объектный подходы. Первоначально предназначен для обучения студентов, затем, в совокупности со средой программирования Turbo Pascal, стал профессиональным. Автор языка: Николаус Вирт, Цюрих, Швейцария. Год создания языка: 1971 г. В основе языка хорошо продуманные, логически стройные концепции. Язык имеет простой, но хорошо защищенный синтаксис и сравнительно ясную семантику, что упрощает обучение азам программирования. Синтаксис – правила, определяющие допустимые конструкции языка. «Защищенный» синтаксис предполагает, что предложения языка строятся по правилам, которые позволяют автоматически выявлять большой процент ошибок в программах. Семантика – правила, определяющие смысл синтаксически корректных предложений. Ясная или «интуитивно-понятная» семантика – семантика, позволяющая без большого труда определять смысл программы или «читать» ее. Delphi Pascal – одна из реализаций языка программирования Паскаль, используемая в среде быстрой разработки программ Delphi.

Среды программирования Среда программирования – собранная в единую программную систему совокупность программных средств, предназначенный для разработки программных продуктов. Обычно включает: редактор текстов, компилятор языка программирования, компоновщик, отладчик, библиотеки подпрограмм и/или классов и т.п. Среда программирования Turbo Delphi – бесплатная для обучающихся (free) версия среды Delphi, которая является частью пакета разработки Windows-приложений Borland Developer Studio 2006. Лицензия дана сроком на 10 лет. Среда программирования Lazarus – бесплатная профессиональная многоплатформная среда разработки программ, по основным функциональным возможностям совместимая с Turbo Delphi. Имеет схожий интерфейс, но последний включает много отдельных окон, в которых начинающим программистам тяжело разобраться.

Этапы создания ПО 1. Постановка задачи – неформальное описание задачи. 2. Анализ и уточнение требований – формальная постановка задачи и выбор метода решения. 3. Проектирование – разработка структуры программного продукта, выбор структур данных, выбор метода решения, разработка алгоритмов обработки данных, определение особенностей взаимодействия с программной средой и т.п. 4. Реализация – составление программ, их тестирование и отладка. 5. Модификация – выпуск новых версий.

Пример разработки программы 1. Постановка задачи: Разработать программу, которая определяет наибольший общий делитель (НОД) двух целых чисел. 2. Анализ и уточнение требований: 1) Функциональные требования исходные данные: a, b – натуральные числа; 0 < a, b < ? ; результат: x – натуральное число, такое, что x = max {yi / i = 1,n}, где ((a mod yi ) = 0) & (b mod yi ) = 0) Методы решения: a) найти делители Y = { yi } и определить x = max {Y}; б) метод Евклида Пример 1: a b 24 18 6 18 6 12 6 = 6

Пример разработки программы (2) 2) Эксплуатационные требования: а) операционная система – Windows XP и выше (консольный режим); б) процессор – не ниже Pentium; в) предусмотреть запрос на ввод данных с клавиатуры; г) результаты вывести на экран. 3) Технологические требования: а) язык программирования: Pascal; б) среда программирования: Turbo Delphi 2006 (free); в) технология программирования: структурный подход.

Пример разработки программы(3) 3. Проектирование Виды проектной документации: 1. Структурная схема ПО – показывает взаимодействие по управлению основной программы и подпрограмм.

Схемы алгоритмов Обозначения по ГОСТ 19.701 – 90 1. Терминатор (начало/конец) 2. Процесс (вычисление) 3. Анализ (проверка) 4. Модификатор (автоматическое изменение) 5. Предопределенный процесс (подпрограмма)

Правила выполнения схем алгоритмов Схемы алгоритмов должны быть выполнены аккуратно, желательно с применением карандаша и линейки или графических редакторов на компьютере. Стрелки на линиях, идущих сверху вниз и слева направо, т. е. в направлении письма, не ставят, чтобы не затенять схему. Если линия – ломанная, и направление ее хотя бы в одном сегменте не совпадает со стандартными, то стрелка ставится только в конце линии, перед блоком, в который она входит. Если схема не умещается на странице или линии многократно пересекаются, то линии разрывают. Один соединитель ставится в месте разрыва, второй – в месте продолжения линии. Оба соединителя помечаются одной и той же буквой или цифрой. Для простоты чтения схемы ее начало должно быть сверху, а конец – снизу. При этом количество изгибов, пересечений и обратных направлений соединительных линий должно быть минимальным.

Пример неудачного изображение схемы

1-й вариант более читаемого изображения схемы алгоритма

2-й вариант: выделение подпрограмм

Основные структурные конструкции алгоритма

Схема и псевдокод алгоритма программы поиска НОД Алгоритм Евклида: Ввести A,B Цикл-пока A  B Если A > B то A := A – B иначе B := B – A Все-если Все-цикл Вывести A Конец

Структура консольной программы Программа – последовательность инструкций, адресованных компьютеру, которая точно определяет, как следует решать задачу. Program Ex1_01;//Определение наибольшего общего делителя {$APPTYPE CONSOLE} Uses SysUtils; Var a,b:integer; begin Write('Input two numbers:'); Readln (a,b); while a<>b do if a>b then a:=a-b else b:=b-a; Writeln('Result:', a); Readln; end.

Схема процесса подготовки программы

Схемы процессов отладки и выполнения программы

Глава 1 Простейшие конструкции языка Delphi Pascal

1.1 Синтаксис и семантика языка программирования Алфавит языка програмирования Паскаль включает: 1) латинские буквы без различия строчных и прописных; 2) арабские цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; 3) шестнадцатеричные цифры: 0..9, а..f или A..F; 4) специальные символы: + - * / = := ; и т. д.; 5) служебные слова: do, while, begin, end и т. д. Синтаксис – правила, определяющие допустимые конструкции языка, построенные из символов его алфавита. Пример: конструкция «Идентификатор»:

1.2 Константы и переменные. Типы переменных Константы – данные, не изменяемые в процессе выполнения программы. Литералы – константы, указанные непосредственно в тексте программы. Примеры литералов: а) -25, 2.5, 0.1e6 {= 0,1·106} – числовые литералы; б) $2a – шестнадцатеричное число; в) true, false – логические константы; г) 'd', #65 = 'A' – символьные константы; д) 'abcd' – строковая константа; е) nil – адресная константа.

Поименованные константы Поименованные константы – константы, обращение к которым выполняется по имени. Объявляются в разделе описаний: Пример: Const min = 0; max = 100; center = (max - min) div 2;

Переменные Переменные – поименованные данные, которые могут изменяться в процессе выполнения программы. Объявляются также в разделе описаний: Пример: Var a,b:integer; c:real; При установленной опции Extended syntax {$X+} (расширенный синтаксис) переменным при объявлении можно задавать начальные значения. Пример: Var a:integer=56; b:integer=85;

Типы данных Тип – описатель данных, который определяет: а) диапазон изменения значения переменной, задавая размер ее внутреннего представления; б) множество операций, которые могут выполняться над этой переменной. Для объявления новых типов данных используется конструкция: Пример: Type date = 1..31; // объявление нового типа данных Var d1:date; // объявление переменной этого типа

Классификация типов данных языка

Основные стандартные типы данных Delphi Pascal 1. Целые типы: Integer, LongInt (4 байта со знаком): -2147483648..2147483647; SmallInt (2 байта со знаком): -32768..32767 ShortInt (1 байт со знаком): -128..127; Word (2 байта без знака): 0..65535; Byte (1 байт без знака): 0..255. Пример: Var a,b:word;с:shortint; 2. Символьные типы: Char, AnsiChar (1 байт без знака) – код символа по таблице ANSI; WideChar (2 байта без знака) – код символа по таблице Unicode 3. Булевский тип: Boolean (1 байт без знака: 0 – false, 1 - true)

Порядковые типы 4. Перечисление – значения переменных этого типа описываются явно (перечисляются). Пример: Туpe Day = (Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat, Sun); Var D:Day; или Var D:(Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat, Sun); D:=Fri; // присваивание переменной D значения Fri 5. Отрезок – значения переменных этого типа входят в определенный диапазон значений стандартного типа. Пример: Туpe Date = 1..31; // значения – числа от 1 до 31 Var DataN: Date; или Var DataN: 1..31;

Функции порядковых типов данных 1. Ord (<Выражение порядкового типа>) – возвращает номер значения по порядку (не применима к 64 битным аргументам). Пример: Ord(’A’)= 65 // номер символа в таблице ANSI 2. Pred (<Выражение порядкового типа>) – возвращает предыдущее значение. Dec(<Целое>) – возвращает значение, уменьшенное на 1. Пример: N:=5; k:= Pred(N){k=4}; m:= Dec(N){m=4}; 3. Succ (<Выражение порядкового типа>) – возвращает следующее значение. Inc(<Целое>) – возвращает целое, увеличенное на 1. Пример: N:=5; k:= Succ(N){k=6}; l:= Inc(N){l=6}; 4. High (<Идентификатор>) – возвращает самое большое значение типа, также работает со строками и массивами (см. далее). 5. Low(<Идентификатор>) – возвращает самое маленькое значение типа, также работает со строками и массивами (см. далее).

Вещественные типы Вещественные числа представляются в компьютере с ограниченной точностью, определяемой разрядной сеткой. Формат внутреннего представления: -0.5·1023 Стандартные вещественные типы: Тип Значащих Диапазон цифр порядка Real (8 байт) (в старших версиях) 15-16 -324..308 Single (4 байта) 7-8 -45..38 Double (8 байт) 15-16 -324..308 Extended (10 байт) 19-20 -4951..4932 Comp (8 байт) 19-20 -263+1..263-1

1.3 Выражения Арифметические операции – применяют к вещественным и целым константам и переменным: +, -, *, / {вещественное деление}, div {целочисленное деление}, mod {остаток от деления} Пример: var a: integer = 5; b: integer = 3; … a+b a div b a mod b a / b (a+b)/(a-b*a)

Выражения (2) 2. Операции отношения (больше, меньше, равно и т.д.) – применяют к числам, символам, строкам – в результате получают логическое значение: < {меньше}, >{больше}, ={равно}, <>{не равно}, <={меньше или равно}, >={больше или равно} Пример: var a: integer = 5; b:integer = 3; … a > b a = b

Выражения (3) 3. Логические операции – применяют к логическим значениям – результат логическое значение.

Выражения (4) 4. Поразрядные операции – выполняются поразрядно, применяют к целым, результат – целое число: not, and, or, xor, shr {сдвиг вправо}, shl {сдвиг влево} Пример: var a:SmallInt = 5; … not a a shl 2

Математические функции В выражениях можно использовать следующие математические функции: Pi // число  abs(<Целое или вещественное выражение>) // абс. значение sqr(<Целое или вещественное выражение>) // x2 sqrt(<Вещественное выражение>) // √x exp(<Вещественное выражение>) // ex ln(<Вещественное выражение>) // ln x sin(<Вещественное выражение>) cos(<Вещественное выражение>) arctan(<Вещественное выражение>) // arctg x frac(<Вещественное выражение>) // дробная часть числа int(<Вещественное выражение>) // целая часть числа randomize // подготовка датчика случайных чисел random (<В. выр.>) // генерация вещественного случайного числа 0  x < 1; random (<Ц. выр. >) // генерация целого случайного числа 0  i < Целое;

Правила вычисления выражений 1. Порядок выполнения операций определяется приоритетами и скобками Операции Приоритет @, not 1 *, /, div, mod, and, shr, shl 2 +, -, or, xor 3 <, >, <=, >=, =, <> 4 Пример: 1) x(x+2) y(y-1) 2) (a < b) and (b>=1)

Правила вычисления выражений (2) 2. При выполнении арифметических операций над числами различных типов автоматически осуществляется неявное преобразование: целого и вещественного типов – к вещественному, с разными интервалами представлений – к типу с большим интервалом. Пример: var a:single; k:integer; … a/k // число k преобразуются к типу single 3. При сравнении вещественных чисел из-за их неточного представления проверку равенства и неравенства следует осуществлять с явным указанием допуска. Пример: Var x,y:single; x <> y  abs(x-y) > 1e-10 x = y  abs(x-y) < 1e-10

1.4 Оператор присваивания Используется для изменения значений переменных. Пример: Var v:integer; a,b:single; … a:= v*b / 2.0; Корректное выполнение оператора предполагает, что результат вычисления и переменная правой части одного типа или совместимы по типу. По правилам совместимы: а) все целые типы между собой; б) все вещественные типы между собой; в) отрезок базового типа и базовый тип; г) два отрезка одного и того же базового типа; д) символ и строка.

Неявное преобразования типов Если типы результата и переменной не совпадают, но совместимы, то при выполнении присваивания выполняется неявное автоматическое преобразование. Пример: Var L:LongInt; E,x:extended; I:integer; R:Single; Begin … R:= I * E / (x+L);

Явное преобразования типов Для несовместимых типов результата и переменной, в которую его необходимо занести, при выполнении присваивания необходимо явное преобразование типов, например, посредством специальных функций: trunc(<Вещественное выражение>) – преобразует вещественное число в целое, отбрасывая дробную часть. round(< Вещественное выражение>) – округляет вещественное число до целого по правилам арифметики. Пример: trunc(4.5) = 4, round(4.5) = 5 ord(<Порядковое выр.>) – преобразует значение в его номер. Пример: ord(’A’) = 65. chr(<Ц. выр.>) – преобразует номер символа в символ. Пример: chr(65) = ’A’.

1.5 Процедуры ввода-вывода Ввод – операция по передаче данных от источника в память компьютера. Вводимые числа разделяют пробелами или записывают на разных строках. По типу они должны соответствовать типам переменных. ReadLn в отличие от Read после выполнения операции чтения переводит курсор ввода на следующую строку. Read(a,b); а) 30 40 б) 30 40

Процедуры ввода-вывода (2) Вывод – операция по передаче данных из компьютера на внешнее устройство. Целое1 – ширина поля вывода (число прижимается к правой границе); Целое2 – количество выводимых цифр дробной части числа. WriteLn – после вывода переводит курсор на следующую строку. Пример: Var a:integer=3; b:real=5.2;… writeln(a:3,b:6:2); Результат: _ _ 3 _ 5 . 2 _

Программа определения корней кв. уравнения program Ex1_2; {$APPTYPE CONSOLE} Uses SysUtils; Var A,B,C,D,E,X1,X2:Single; Begin WriteLn('Input A,B,C'); ReadLn (A,B,C); WriteLn('A=',A:3:1,' B=',B:3:1,' C=',C:3:1); D:=sqrt(sqr(B)-4*A*C); E:=2*A; X1:=(-B+D)/E; X2:=(-B-D)/E; WriteLn('X1=',X1:10:6,' X2=',X2:10:6); ReadLn; End.