Основы программирования (Языки программирования)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНОЙ ИНФОРМАТИКИ

Курсовая работа

ПО ДИСЦИПЛИНЕ Операционные системы

НА ТЕМУ « Основы программирования»

Учкекен, 2010



Содержание

Введение

Глава 1. Основы программирования

1.1 История и классификация языков программирования

1.2 Структура и способы описания языков программирования высокого уровня

Глава 2. Программирование на Паскале

2.1 Основы программирования на Паскале

2.2 Некоторые сведения о системе Турбо Паскаль

Глава 3. Язык программирования Си++

3.1 Введение в Си и Си++

3.2 Элементы языка Си++

3.3 Типы данных

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Программирование все в большей степени становится занятием лишь для профессионалов. Объявленный в середине 1980-х гг. лозунг «Программирование -- вторая грамотность» остался в прошлом. В понятие «компьютерная грамотность» сегодня входит, прежде всего, навык использования многообразных средств информационных технологий. Решая ту или иную информационную задачу, необходимо выбрать адекватное программное средство. Это могут быть электронные таблицы, системы управления базами данных, математические пакеты и т.п. И только в том случае, когда подобные средства не дают возможности решить задачу, следует прибегать к универсальным языкам программирования.

Принято различать программистов двух категорий: прикладных и системных. Системные программисты -- это разработчики базовых программных средств ЭВМ (операционных систем, трансляторов, сервисных средств и т.п.). Они являются профессионалами высочайшего уровня в программировании. Прикладные программисты разрабатывают средства прикладного программного обеспечения ЭВМ, предназначенные для решения задач из различных областей (наука, техника, производство, сфера обслуживания, обучение и т.п.). Требования к качеству, как прикладных программ, так и системных сегодня очень высоки. Программа должна не только правильно решать задачу, но и иметь современный интерфейс, быть высоконадежной, дружественной по отношению к пользователю и т.д. Только такие программы могут выдерживать конкуренцию на мировом рынке программных продуктов. Программирование на любительском уровне сегодня никому не нужно.

По мере развития компьютерной техники развивались также и методика, и технология программирования. Сначала возникает командное и операторное программирование, в 1960-х гг. бурно развивается структурное программирование, появляются линии логического и функционального программирования, а в последнее время -- объектно-ориентированное и визуальное программирование.

Задача, которую следует ставить при первоначальном изучении программирования, -- освоение основ структурной методики программирования. Для указанной цели наиболее подходящим средством является язык программирования Паскаль. Автор языка Паскаль -- швейцарский профессор Никлаус Вирт -- создавал его именно для этого. Структурная методика остается основой программистской культуры. Не освоив ее, человек, взявшийся изучать программирование, не имеет никаких шансов стать профессионалом.

Реализации Паскаля в версиях фирмы Borland для IBM, известных под названием Турбо Паскаль, значительно расширили язык по сравнению с вариантом Вирта. Начиная с версии 5.5 Турбо Паскаль становится также и языком объектного программирования.

Содержание второй главы курсовой работы ориентировано на глубокое освоение студентами базовых понятий языков программирования высокого уровня в их реализации на Паскале. Такая подготовка облегчает изучение других языков программирования. Изложение основ языков Си/Си++ в четвертой главе опирается на знания и навыки, полученные учащимися при изучении Паскаля.

Желательным является знакомство с архитектурой ЭВМ на уровне машинных команд (достаточно на модельных примерах учебных компьютеров, изучаемых в школьной информатике; совсем не обязательно изучение реальных языков команд или ассемблера). Эти знания позволяют освоить основные понятия программирования, такие как переменная, присваивание; «входить в положение транслятора» и благодаря этому не делать ошибок, даже не помня каких-то деталей синтаксиса языка; предвидеть те «подводные камни», на которые может «напороться» ваша программа в процессе выполнения. По существу, все эти качества и отличают профессионального программиста от дилетанта.

Еще одно качество профессионала -- способность воспринимать красоту программы, получать эстетическое удовольствие оттого, что она хорошо написана. Нередко это чувство помогает интуитивно отличить неправильную программу от правильной. Однако основным критерием правильности является, безусловно, не интуиция, а грамотно организованное тестирование.

Процесс изучения и практического освоения программирования делится на три части:

- изучение методов построения алгоритмов;

- изучение языка программирования;

- изучение и практическое освоение определенной системы программирования.



Глава 1. Основы программирования

1.1 История и классификация языков программирования

Язык программирования -- это способ записи программ решения различных задач на ЭВМ в понятной для компьютера форме. Процессор компьютера непосредственно понимает язык машинных команд (ЯМК). Программы на ЯМК программисты писали лишь для самых первых ламповых машин -- ЭВМ первого поколения. Программирование на ЯМК -- дело непростое. Программист должен знать числовые коды всех машинных команд, должен сам распределять память под команды программы и данные.

В 1950-х гг. появляются первые средства автоматизации программирования -- языки Автокоды. Позднее для языков этого уровня стало применяться название «Ассемблеры». Появление языков типа Автокод-Ассемблер облегчило участь программистов. Переменные величины стали изображаться символическими именами. Числовые коды операций заменились на мнемонические (словесные) обозначения, которые легче запомнить. Язык программирования стал понятнее для человека, но при этом удалился от языка машинных команд. Чтобы компьютер мог исполнять программы на Автокоде, потребовался специальный переводчик -- транслятор. Транслятор -- это системная программа, переводящая текст программы на Автокоде в текст эквивалентной программы на ЯМК.

Компьютер, оснащенный транслятором с Автокода, понимает Автокод. В этом случае можно говорить о псевдо-ЭВМ (аппаратура плюс транслятор с Автокода), языком которой является Автокод. Языки типа Автокод-Ассемблер являются машинно-ориентированными, т.е. они настроены на структуру машинных команд конкретного компьютера. Разные компьютеры с разными типами процессоров имеют разный Ассемблер. Языки программирования высокого уровня (ЯПВУ) являются машинно-независимыми языками. Одна и та же программа на таком языке может быть выполнена на ЭВМ разных типов, оснащенных соответствующим транслятором. Форма записи программ на ЯПВУ по сравнению с Автокодом еще ближе к традиционной математической форме, к естественному языку. Очень скоро вы увидите, что, например, на языке Паскаль она почти такая же, как на школьном Алгоритмическом языке. ЯПВУ легко изучаются, хорошо поддерживают структурную методику программирования.

Первыми популярными языками высокого уровня, появившимися в 1950-х гг., были Фортран, Кобол (в США) и Алгол (в Европе) Языки Фортран и Алгол были ориентированы на научно-технические расчеты математического характера. Кобол -- язык для программирования экономических задач. В Коболе по сравнению с двумя другими названными языками слабее развиты математические средства, но зато хорошо развиты средства обработки текстов, организация вывода данных в форме требуемого документа. Для первых ЯПВУ предметная ориентация языков была характерной чертой.

Большое количество языков программирования появилось в 1960--1970-х гг. А за всю историю ЭВМ их было создано более тысячи. Но распространились, выдержали испытание временем немногие. В 1965 г. в Дартмутском университете был разработан язык Бейсик. По замыслу авторов это простой язык, легко изучаемый, предназначенный для программирования несложных расчетных задач. Наибольшее распространение Бейсик получил на микроЭВМ и персональных компьютерах. На некоторых моделях школьных компьютеров программировать можно только на Бейсике. Однако Бейсик -- неструктурный язык, и потому он плохо подходит для обучения качественному программированию. Справедливости ради следует заметить, что последние версии Бейсика для ПК (например, QBasic) стали более структурными и по своим изобразительным возможностям приближаются к таким языкам, как Паскаль.

В эпоху ЭВМ третьего поколения получил большое распространение язык PL/I (Program Language One), разработанный фирмой IBM. Это был первый язык, претендовавший на универсальность, т. е. на возможность решать любые задачи: вычислительные, обработки текстов, накопления и поиска информации. Однако PL/I оказался слишком сложным языком. Для машин типа IBM 360/370 транслятор с него не мог считаться оптимальным, содержал ряд не выявленных ошибок. На ЭВМ класса мини и микро он вообще не получил распространения. Однако тенденция к универсализации языков оказалась перспективной. Старые языки были модернизированы в универсальные варианты -- Алгол-68, Фортран-77.

Значительным событием в истории языков программирования стало создание в 1971 г. языка Паскаль. Его автор -- швейцарский профессор Н.Вирт -- разрабатывал Паскаль как учебный язык структурного программирования.

Наибольший успех в распространении этого языка обеспечили персональные компьютеры. Фирма Borland International, Inc (США) разработала систему программирования Турбо Паскаль для ПКТурбо Паскаль -- это не только язык и транслятор с него, но еще и операционная оболочка, обеспечивающая пользователю удобство работы. Турбо Паскаль вышел за рамки учебного предназначения и стал языком профессионального программирования с универсальными возможностями. Транслятор с Турбо Паскаля по оптимальности создаваемых им программ близок наиболее удачному в этом отношении транслятору -- транслятору с Фортрана. В силу названных достоинств Паскаль стал основой многих современных языков программирования, например, таких как Ада, Модула-2 и др.

Язык программирования Си (английское название -- С) создавался как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ. Так же как и Паскаль, Си -- это язык структурного программирования, но, в отличие от Паскаля, в нем заложены возможности непосредственного обращения к некоторым машинным командам, к определенным участкам памяти компьютера. Дальнейшее развитие Си привело к созданию языка объектно-ориентированного программирования Си++.

Модула-2 -- это еще один язык, предложенный Н.Виртом, основанный на языке Паскаль и содержащий средства для создания больших программ.

ЭВМ будущего, пятого поколения называют машинами «искусственного интеллекта». Но прототипы языков для этих машин были созданы существенно раньше их физического появления. Это языки ЛИСП и Пролог.

ЛИСП появился в 1965 г. Язык ЛИСП основан на понятии рекурсивно определенных функций. А поскольку доказано, что любой алгоритм может быть описан с помощью некоторого набора рекурсивных функций, то ЛИСП, по сути, является универсальным языком. С его помощью на ЭВМ можно моделировать достаточно сложные процессы, в частности интеллектуальную деятельность людей.

Язык Пролог разработан во Франции в 1972 г. также для решения проблемы «искусственного интеллекта». Пролог позволяет в формальном виде описывать различные утверждения, логику рассуждений и заставляет ЭВМ давать ответы на заданные вопросы.

Реализовать тот или иной язык программирования на ЭВМ -- это значит создать транслятор с этого языка для данной ЭВМ. Существуют два принципиально различных метода трансляции. Они называются соответственно компиляция и интерпретация. Для объяснения их различия можно предложить следующую аналогию: лектор должен выступить перед аудиторией на незнакомом ей языке. Перевод можно организовать двумя способами:

* полный предварительный перевод -- лектор заранее передает текст выступления переводчику, тот записывает перевод, размножает его и раздает слушателям (после чего лектор может и не выступать);

* синхронный перевод -- лектор читает доклад, переводчик одновременно с ним слово в слово переводит выступление.

Компиляция является аналогом полного предварительного перевода; интерпретация -- аналогом синхронного перевода. Транслятор, работающий по принципу компиляции, называется компилятором; транслятор, работающий методом интерпретации, -- интерпретатором.

При компиляции в память ЭВМ загружается программа-компилятор. Она воспринимает текст программы на ЯПВУ как исходную информацию. После завершения компиляции получается программа на языке машинных команд. Затем в памяти остается только программа на ЯМК, которая выполняется, и получаются требуемые результаты.

Интерпретатор в течение всего времени работы программы находится во внутренней памяти. В ОЗУ помещается и программа на ЯПВУ. Интерпретатор в последовательности выполнения алгоритма «читает» очередной оператор программы, переводит его в команды и тут же выполняет эти команды. Затем переходит к переводу и выполнению следующего оператора. При этом результаты предыдущих переводов в памяти не сохраняются. При повторном выполнении одной и той же команды она снова будет транслироваться. При компиляции исполнение программы разбивается на два этапа: трансляцию и выполнение. При интерпретации, поскольку трансляция и выполнение совмещены, программа на ЭВМ проходит в один этап. Однако откомпилированная программа выполняется быстрее, чем интерпретируемая. Поэтому использование компиляторов удобнее для больших программ, требующих быстрого счета. Программы на Паскале, Си, Фортране всегда компилируются. Бейсик чаще всего реализован через интерпретатор.

1.2 Структура и способы описания языков программирования высокого уровня

Во всяком языке программирования определены способы организации данных и способы организации действий над данными. Кроме того, существует понятие «элементы языка», включающее в себя множество символов (алфавит), лексемы и другие изобразительные средства языка программирования. Несмотря на разнообразие указанных языков, их изучение происходит приблизительно по одной схеме. Это связано с общностью структуры различных языков программирования высокого уровня, которая схематически отражена на рис. 1.

Рис. 1

Надо сказать, что в изучении естественных языков и языков программирования есть сходные моменты. Во-первых, для того чтобы читать и писать на иностранном языке, нужно знать алфавит этого языка. Во-вторых, следует знать правописание слов и правила записи предложений, т. е. то, что называется синтаксисом языка. В-третьих, важно понимать смысл слов и фраз, чтобы адекватно реагировать на них: ведь из грамотно написанных слов можно составить абсолютно бессмысленную фразу. Например, в салоне самолета засветилось табло, на котором написано: Fasten belts! (Пристегните ремни!). Зная правила чтения английского языка, вы, к зависти соседа, правильно прочитаете эту фразу. Однако смысл ее вам может быть непонятен, и поэтому соответствующих действий вы не предпримете, за что получите замечание от стюардессы. Смысловое содержание языковой конструкции называется семантикой.

Всякий язык программирования имеет три основные составляющие: алфавит, синтаксис и семантику.

Соблюдение правил в языке программирования должно быть более строгим, чем в разговорном языке. Человеческая речь содержит значительное количество избыточной информации. Не расслышав какое-то слово, можно понять смысл фразы в целом. Слушающий или читающий человек может додумать, дополнить, исправить ошибки в воспринимаемом тексте.

Компьютер же -- автомат, воспринимающий все «всерьез». В текстах программ нет избыточности, компьютер сам не исправит даже очевидной (с точки зрения человека) ошибки. Он может лишь указать на место, которое «не понял», и вывести замечание о предполагаемом характере ошибки. Исправить же ошибку должен программист.

Для описания синтаксиса языка программирования тоже нужен какой-то язык. В этом случае речь идет о метаязыке («надъязыке»), предназначенном для описания других языков. Наиболее распространенными метаязыками в литературе по программированию являются металингвистические формулы Бекуса -- Наура (язык БНФ) и синтаксические диаграммы. В дальнейшем мы чаще всего будем использовать язык синтаксических диаграмм. Они более наглядны, легче воспринимаются. В некоторых случаях для удобства мы будем обращаться к отдельным элементам языка БНФ.

В БНФ всякое синтаксическое понятие описывается в виде формулы, состоящей из правой и левой части, соединенных знаком ::=, смысл которого эквивалентен словам «по определению есть». Слева от знака ::= записывается имя определяемого понятия (метапеременная), которое заключается в угловые скобки < >, а в правой части записывается формула или диаграмма, определяющая все множество значений, которые может принимать метапеременная.

Синтаксис языка описывается путем последовательного усложнения понятий: сначала определяются простейшие (базовые), затем все более сложные, включающие в себя предыдущие понятия в качестве составляющих.

В такой последовательности, очевидно, конечным определяемым понятием должно быть понятие программы.

В записях метаформул приняты определенные соглашения. Например, формула БНФ, определяющая понятие «двоичная цифра», выглядит следующим образом:

<двоичная цифра>::=0|1

Значок | эквивалентен слову «или». Это определение можно представить на языке синтаксических диаграмм (рис. 2).

(Двоичная цифра)

Рис 2.

В диаграммах стрелки указывают на последовательность расположения элементов синтаксической конструкции; кружками обводятся символы, присутствующие в конструкции. Понятие «двоичный код» как непустую последовательность двоичных цифр БНФ описывает так:



<двоичный код>::=<двоичная цифра>|<двоичный код><двоичная цифра>

Определение, в котором некоторое понятие определяется само через себя, называется рекурсивным. Рекурсивные определения характерны для БНФ.

Синтаксическая диаграмма двоичного кода представлена на рис. 3.

Двоичный код

Двоичная цифра

Рис.3

Возвратная стрелка обозначает возможность многократного повторения. Очевидно, что диаграмма более наглядна, чем БНФ.

Синтаксические диаграммы были введены Н. Виртом и использованы для описания созданного им языка Паскаль. В следующем разделе, посвященном Паскалю, мы также будем пользоваться синтаксическими диаграммами. В литературе по языку Си использование синтаксических диаграмм не принято.



Глава 2. Программирование на Паскале

2.1 Основы программирования на Паскале

Структура программы на Паскале. По определению стандартного Паскаля программа состоит из заголовка программы и тела программы (блока), за которым следует точка -- признак конца программы. В свою очередь, блок содержит разделы описаний и раздел операторов.

Раздел операторов имеется в любой программе и является основным. Предшествующие разделы носят характер описаний и не все обязательно присутствуют в каждой программе.

В Турбо Паскале, в отличие от стандарта, возможно следующее:

* отсутствие заголовка программы;

* разделы Const, Type, Var, Label могут следовать друг за другом в любом порядке и встречаться в разделе описаний сколько угодно раз.

Примеры программ. Уже было сказано, что Паскаль разрабатывался Н. Виртом как учебный язык. Основной принцип, заложенный в нем, -- это поддержка структурной методики программирования. Этот же принцип лежит в основе псевдокода, который мы здесь называем Алгоритмическим языком (АЯ). По сути дела, расхождение между АЯ и Паскалем заключается в следующем: АЯ -- русскоязычный, Паскаль -- англоязычный; синтаксис Паскаля определен строго и однозначно в отличие от сравнительно свободного синтаксиса АЯ.

Запись программы на Паскале похожа на английский перевод алгоритма, записанного на Алгоритмическом языке. Сравните алгоритм деления простых дробей, записанный на АЯ, с соответствующей программой на Паскале.

Здесь использовано следующее равенство:

Даже не заглядывая в учебник по Паскалю, в данной программе можно все понять. Для этого достаточно знать английский язык.

Заголовок программы начинается со слова Program (программа), за которым следует произвольное имя, придуманное программистом (division -- деление). Раздел описания переменных начинается со слова Var (variables -- переменные), за которым следует список переменных. Тип указывается после двоеточия словом Integer -- целый. Начало и конец раздела операторов программы отмечаются словами Begin (начало) и End (конец). В конце программы обязательно ставится точка.

Ввод исходных данных с клавиатуры производится с помощью процедуры ReadLn (read line -- читать строку). На клавиатуре набирают четыре числа, отделяемые друг от друга пробелами, которые отражаются строкой на экране дисплея. После набора чисел нажимают на клавишу ввода.

Операторы присваивания в Паскале записываются так же, как в АЯ. Знак умножения -- * (звездочка).

Вывод результатов на экран дисплея производится с помощью процедуры WriteLn (write line -- писать в строку). В рассмотренном примере два целых числа т и п выведутся в строчку, курсор на экране перейдет в начало следующей свободной строки и работа программы завершится.

Необходимо строгое соблюдение правил правописания (синтаксиса) программы. В частности, в Паскале однозначно определено назначение знаков пунктуации. Точка с запятой (;) ставится в конце заголовка программы, в конце раздела описания переменных, после каждого оператора. Перед словом End точку с запятой можно не ставить. Запятая (,) является разделителем элементов во всевозможных списках: списке переменных в разделе описания, списке вводимых и выводимых величин.

Строгий синтаксис в языке программирования необходим прежде всего для транслятора. Транслятор -- это программа, которая исполняется формально. Если, допустим, разделителем в списке переменных должна быть запятая, то любой другой знак будет восприниматься как ошибка. Если точка с запятой является разделителем операторов, то транслятор в качестве оператора воспринимает всю часть текста программы от одной точки с запятой до другой. Если вы забыли поставить этот знак между какими-то двумя операторами, то транслятор будет принимать их за один, что неизбежно приведет к ошибке.

Основное назначение синтаксических правил -- придать однозначный смысл языковым конструкциям. Если какая-то конструкция может трактоваться двусмысленно, значит, в ней обязательно содержится ошибка. Лучше не полагаться на интуицию, а выучить правила языка.В дальнейшем мы строго опишем синтаксические правила Паскаля, а пока для получения первоначального представления о языке обратимся еще к нескольким примерам программирования несложных алгоритмов.

«Оттранслируем» алгоритм вычисления факториала натурального числа (N!) на Паскале.

Из этого примера, во-первых, видно, как записывается на Паскале оператор цикла с предусловием (цикл-пока):

While <условие выполнения> Do <тело цикла>

(While -- пока, Do -- делать). Если тело цикла содержит последовательность операторов, то говорят, что оно образует составной оператор, в начале и в конце которого надо писать Begin и End

Служебные слова Begin и End часто называют операторными скобками, которые объединяют несколько операторов в один составной. Если же тело цикла -- один оператор (не составной), то операторных скобок не требуется. Тогда транслятор считает, что тело цикла заканчивается на ближайшем знаке «;».

Во-вторых, из примера видно, что в Паскале нет специальных слов для обозначения начала цикла (нц) и конца цикла (кц). На все случаи есть универсальные слова Begin и End.

В формулах вычисления корней используется стандартная функция квадратного корня (), которая в Паскале записывается так: sqrt (x). Порядок выполнения операций в выражении определяется скобками и старшинством операций. Старшинство операций такое же, как и в алгебре. Операции одинакового старшинства выполняются в порядке их записи (слева направо).

Ветвление в Паскале программируется с помощью условного оператора, который имеет следующую форму:

If <условие> Then <оператор 1> Else «oператор 2>

(здесь If -- если, Then -- то, Else -- иначе). Операторы 1 и 2 могут быть как простыми, так и составными. Составной оператор следует заключать в операторные скобки Begin и End.

Так же, как и в Алгоритмическом языке, возможно использование неполной формы условного оператора:

if <условие> then <оператор>

Характерной чертой данной программы является использование в тексте комментариев. Комментарий -- это любая последовательность символов, заключенных в фигурные скобки {...}. Можно употреблять также следующие ограничители комментариев (*...*). Комментарий не определяет никаких действий программы и является лишь пояснительным текстом. Он может присутствовать в любом месте программы, где можно поставить пробел

Программист пишет комментарии не для компьютера, а для себя. Комментарий придает тексту программы большую ясность. Хорошо откомментированные программы называют самодокументированными. Во многих подобных программах объем комментариев превышает объем вычислительных операторов.

Удачное использование комментариев -- признак хорошего стиля программирования.

Чтобы выполнить программу на ЭВМ, ее нужно ввести в память, оттранслировать и исполнить. Для того чтобы проделать всю эту работу, на компьютере должны быть специальные средства программного обеспечения. На ПК они составляют систему Турбо Паскаль.

2.2 Некоторые сведения о системе Турбо Паскаль

Название Турбо Паскаль обычно воспринимается в двух смыслах:

* как диалект языка Паскаль, представляющий собой расширение стандартного Паскаля;

* как система программирования Турбо Паскаль, являющаяся совокупностью системных программ, предназначенных для создания, отладки и выполнения Паскаль-программ.

В дальнейшем мы будем рассматривать именно Турбо Паскаль, так как он реализован на основных типах персональных компьютеров (IBM PC и совместимых с ними).

Чтобы не было терминологической путаницы, договоримся, что название Турбо Паскаль обозначает язык программирования. Стандартный Паскаль входит в Турбо Паскаль как подмножество. Далее везде, где говорится о расширенных возможностях Турбо-варианта по сравнению со стандартом, это будет оговариваться.

Систему программирования Турбо Паскаль назовем кратко Турбо-системой. Турбо-система обеспечивает удобную операционную обстановку для работы программиста. Но ее назначение не общее, как, например, у оболочки операционной системы MS DOS Norton Commander, а специализированное -- предоставлять пользователю необходимые средства работы с Паскаль-программой.

Турбо-система опирается в своей работе на возможности операционной системы. Поэтому каждая конкретная Турбо-система может работать с определенной операционной системой, ее конкретными версиями. Например, Турбо-система на IBM PC работает в среде MS DOS, причем более развитые версии Турбо-системы требуют и более высокоразвитых версий DOS.

Турбо Паскаль (как язык программирования и как операционная оболочка) значительно изменился за историю своего существования. Первый вариант Турбо Паскаля фирма Borland выпустила в середине 1980-х гг. К сегодняшнему дню этой фирмой созданы шесть модификаций системы, известных как версии 3.0, 4.0, 5.0, 5.5, 6.0, 7.0. Каждая из них представляет собой усовершенствование предыдущей версии. Все они создавались для семейства машин IBM PC и совершенствовались вместе с компьютерами.

Версия 3.0 ориентирована на ПК малой мощности (IBM PC/XT). Разрабатываемые на ней программы имеют ограничение на длину (не более 64 Кбайт); в этой версии нет средств раздельной компиляции взаимосвязанных программ; операционная среда весьма несовершенна.

Большие изменения были внесены в версию 4.0. Появились современная диалоговая среда, средства раздельной компиляции программных модулей, мощная графическая библиотека.

Версия 5.0 отличается в основном дальнейшими усовершенствованиями среды, к которой добавлен встроенный отладчик. В версию 5.5 были впервые включены средства поддержки объектно-ориентированного программирования -- современной технологии создания программ.

Главные отличия версии 6.0: новая среда, ориентированная на работу с устройством ввода -- мышью и использующая многооконный режим работы; объектно-ориентированная библиотека Turbo-Vision, а также возможность включать в текст программы команды Ассемблера.

Версия 7.0 не содержит каких-то принципиальных новшеств по сравнению с 6.0. Введены некоторые расширения языка программирования, а также дополнительные сервисные возможности системной оболочки.

Программа на Турбо Паскале проходит три этапа обработки:

* создание текста программы;

* компиляция;

* исполнение откомпилированной программы.

В соответствии с этими функциями Турбо-система включает в себя три главные компоненты:

* редактор текстов;

* компилятор;

* исполнительную систему.

С помощью встроенного в систему текстового редактора можно формировать в памяти любые тексты, не только программы на Паскале. В частности, это могут быть исходные данные решаемой задачи в текстовой форме. Текст программы, созданный редактором, можно сохранить на диске в виде файла с именем следующего формата

<имя файла>.раs,

где pas -- это стандартное расширение имени файла, созданного системным редактором. Имя файла задается пользователем. Обращение к текстовому редактору происходит по команде Edit. Компилятор переводит программу с языка Паскаль на язык машинных команд. При этом проверяется соответствие программы правилам языка программирования (синтаксический и семантический контроль). При обнаружении ошибки компьютер выдает сообщение о ней пользователю и прекращает работу. Программа, полученная в результате компиляции, может быть сохранена на диске в файле с именем



<имя файла>.ехе

Работа компилятора инициируется системной командой Compile. Исполнение откомпилированной программы производится по команде Run. При этом исполнение программы остается под контролем Турбо-системы. В частности, Турбо-система помогает обнаружить ошибку в программе, если при исполнении произошел сбой

Пользователю сообщается причина сбоя и указывается место, где он случился в Паскаль-программе. Происходит автоматический возврат в режим редактирования.

В старших версиях Турбо Паскаля имеется система отладки (Debug). С ее помощью можно просмотреть на экране значение любой переменной, найти значение любого выражения, установить новое значение переменной. Можно прервать выполнение программы в указанных местах, которые называются контрольными точками. Система отладки существенно облегчает программисту поиск ошибок.

Подробные сведения о работе с конкретными версиями Турбо Паскаля можно найти в специальной литературе (см. список литературы), 3.4. Типы данных.

Концепция типов данных является одной из центральных в любом языке программирования. С типом величины связаны три ее свойства: форма внутреннего представления, множество принимаемых значений и множество допустимых операций.

В стандартном Паскале отсутствует строковый тип. Кроме того, в Турбо Паскале целые и вещественные -- это группы типов. В старших версиях Турбо Паскаля существует процедурный тип и тип объект.

Каждый тип имеет свой идентификатор.

В табл. 2.1 представлена информация о простых типах данных, определенных в Турбо Паскале. Для вещественных типов в скобках указано количество сохраняемых значащих цифр мантиссы в десятичном представлении числа.

Таблица 2.1

В стандарте Паскаля из вещественных типов определен только тип Real; из целых типов -- Integer.

Типы Single, Double, Extended употребляются в Паскаль-программах только в том случае, если ПК снабжен сопроцессором «плавающей арифметики» (для процессоров IBM PC, начиная с Intel-80486 и старше, это условие всегда выполняется).

Тип данных называется порядковым, если он состоит из счетного количества значений, которые можно пронумеровать. Отсюда следует, что на этом множестве значений существуют понятия «следующий» и «предыдущий».

Описание переменных. Для всех переменных величин, используемых в программе, должны быть указаны их типы. Это делается в разделе переменных программы. Структура раздела переменных показана на рис. 10.

Константы. Тип константы определяется по контексту, т.е. по форме ее записи в программе.

Целые десятичные константы записываются в обычной форме целого числа со знаком или без знака, например 25, -24712, 376.

Целые шестнадцатеричные константы записываются с префиксом $. Они должны находиться в диапазоне от $00000000 до $FFFFFFFF.

Вещественные константы с фиксированной точкой записываются в обычной форме десятичного числа с дробной частью. Разделитель целой и дробной части -- точка, например: 56.346, 0.000055, -345678.0.

Вещественные константы с плавающей точкой имеют форму:

<мантисса>Е<порядок>

Здесь мантисса -- целое или вещественное число с фиксированной точкой, порядок -- целое число со знаком или без, например 7Е-2 (7•10-2), 12.25Е6 (12,25•106), 1Е-25 (10-25).

Символьная константа -- любой символ алфавита, заключенный в апострофы, например, 'W, '!', '9'.

Логическая константа -- одно из двух слов: true, false.



Глава 3. Язык программирования Си++

3.1 Введение в Си и Си++

История языка программирования Cи++. Вторым языком программирования, который предлагается для изучения в данном пособии, является язык Си (в английском варианте его название обозначается одной заглавной буквой латинского алфавита -- С). Язык Си был создан в 1972 г. сотрудником фирмы Bell Laboratories в США Денисом Ритчи.

По замыслу автора, язык Си должен был обладать противоречивыми свойствами. С одной стороны, это язык программирования высокого уровня, поддерживающий методику структурного программирования (подобно Паскалю). С другой стороны, этот язык должен обеспечивать возможность создавать такие системные программы, как компиляторы и операционные системы. До появления Си подобные программы писались исключительно на языках низкого уровня -- Ассемблерах, Автокодах. Первым системным программным продуктом, разработанным с помощью Си, стала операционная система UNIX. Из-за упомянутой выше двойственности свойств нередко в литературе язык Си называют языком среднего уровня. Стандарт Си был утвержден в 1983 г. Американским национальным институтом стандартов (ANSI) и получил название ANSI С.

В начале 1980-х гг. в той же фирме Bell Laboratories ее сотрудником Бьерном Строуструпом было разработано расширение языка Си, предназначенное для объектно-ориентированного программирования. По сути дела, был создан новый язык, первоначально названный «Си с классами», а позднее (в 1983 г.) получивший название Си++ (Си-плюс-плюс). Язык Си++ принято считать языком объектно-ориентированного программирования. Однако этот язык как подмножество включает в себя Си и по-прежнему сохраняет свойства языка для системного программирования. Все существующие версии трансляторов для Си++ поддерживают стандарт ANSI С.

Из сказанного выше следует, что язык Си++ поддерживает как процедурную, так и объектно-ориентированную парадигмы программирования. Последующий материал пособия в большей степени посвящен процедурному программированию на Си++ и лишь в разд. 4.10 приводится краткое введение в ООП на Си++, подобно тому, как это сделано в гл. 3, посвященной Паскалю.

Любая программа на Си обязательно содержит главную функцию, имя которой -- main. Слово void обозначает то, что главная функция не возвращает никаких значений в результате своего выполнения, а пустые скобки обозначают отсутствие аргументов. Тело главной функции заключается между парой фигурных скобок, следующих после заголовка.

Текст программы содержит всего лишь один исполняемый оператор -- это оператор вывода на экран. Вывод осуществляется путем обращения к стандартной библиотечной функции (printf). В результате его выполнения на экран выведется текст:

Здравствуй, Мир!

Впереди данной строки и после нее будет пропущено по одной пустой строке, что обеспечивается наличием управляющих символов \n.

1. С помощью текстового редактора формируется текст программы и сохраняется в файле с расширением срр. Пусть, например, это будет файл с именем example.срр.

2. Осуществляется этап препроцессорной обработки, содержание которого определяется директивами препроцессора, расположенными перед заголовком программы (функции). В частности, по директиве #include препроцессор подключает к тексту программы заголовочные файлы (*.h) стандартных библиотек.

3. Происходит компиляция текста программы на Си++. В ходе компиляции могут быть обнаружены синтаксические ошибки, которые должен исправить программист. В результате успешной компиляции получается объектный код программы в файле с расширением obj. Например, example.obj.

4. Выполняется этап компоновки с помощью системной программы Компоновщик (Linker). Этот этап еще называют редактированием связей. На данном этапе к программе подключаются библиотечные функции. В результате компоновки создается исполняемая программа в файле с расширением ехе. Например, example.ехе.

3.2 Элементы языка Си++

Алфавит. В алфавит языка Си++ входят:

* латинские буквы: от а до z (строчные) и от A до Z (прописные);

* десятичные цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;

* специальные символы: " { } , I [ ] ( ) + - / % \ ; ' : ? < = > _ ! & # ~ ^ . *

К специальным символам относится также пробел. В комментариях, строках и символьных константах могут использоваться и другие знаки (например, русские буквы).

Из символов алфавита формируются лексемы -- единицы текста программы, которые при компиляции воспринимаются как единое целое и не могут быть разделены на более мелкие элементы. К лексемам относятся идентификаторы, служебные слова, константы, знаки операций, разделители.

Идентификаторы. Последовательность латинских букв, цифр, символов подчеркивания, начинающаяся с буквы или символа подчеркивания, является идентификатором.

Служебные (ключевые) слова. Как и в Паскале, служебные слова в Си -- это идентификаторы, назначение которых однозначно определено в языке. Они не могут быть использованы как свободно выбираемые имена. Полный список служебных слов зависит от реализации языка, т. е. различается для разных компиляторов. Однако существует неизменное ядро, которое определено стандартом Си++. Вот его список:

Дополнительные к этому списку служебные слова приведены в описаниях конкретных реализаций Си++. Некоторые из них начинаются с символа подчеркивания, например: export, _ds, _AH и др. Существуют служебные слова, начинающиеся с двойного подчеркивания. В связи с этим программисту не рекомендуется использовать в своей программе идентификаторы, начинающиеся с одного или двух подчеркиваний, во избежание совпадения со служебными словами.

программирование паскаль прикладной системный

3.3 Типы данных

Концепция типов данных является важнейшей стороной любого языка программирования. Сравнение схем приводит к выводу о том, что разнообразие типов данных в Си++ меньше, чем в Турбо Паскале.

В Си/Си++ имеется четыре базовых арифметических (числовых) типа данных. Из них два целочисленных -- char, int -- и два плавающих (вещественных) -- float и double. Кроме того, в программах можно использовать некоторые модификации этих типов, описываемых с помощью служебных слов -- модификаторов. Существуют два модификатора размера -- short (короткий) и long (длинный) -- и два модификатора знаков -- signed (знаковый) и unsigned (беззнаковый). Знаковые модификаторы применяются только к целым типам.

Как известно, тип величины связан с ее формой внутреннего представления, множеством принимаемых значений и множеством операций, применимых к этой величине. В табл. 3.1 перечислены арифметические типы данных Си++, указан объем занимаемой памяти и диапазон допустимых значений.

Размер типа int и unsigned int зависит от размера слова операционной системы, в которой работает компилятор Си++. В 16-разрядных ОС (MS DOS) этим типам соответствуют 2 байта, в 32-разрядных (Windows) -- 4 байта.

Таблица 3.1



Анализируя данные табл. 3.1, можно сделать следующие выводы:

* если не указан базовый тип, то по умолчанию подразумевается int;

* если не указан модификатор знаков, то по умолчанию подразумевается signed;

* с базовым типом float модификаторы не употребляются;

* модификатор short применим только к базовому типу int. Программисту, работавшему на Паскале, покажется странным, что тип char причислен к арифметическим типам. Ведь даже его имя указывает на то, что это символьный тип! В Си/Си++ величины типа char могут рассматриваться в программе и как символы, и как целые числа. Все зависит от контекста, т. е. от способа использования этой величины. В случае интерпретации величины типа char как символа ее числовое значение является ASCII-кодом.

Еще одной особенностью Си, которая может удивить знатоков Паскаля, является отсутствие среди базовых типов логического типа данных. Между тем, как мы дальше увидим, в Си используются логические операции и логические выражения. В качестве логических величин в Си/Си++ выступают целые числа. Интерпретация их значений в логические величины происходит по правилу: равно нулю -- ложь (в Паскале -- false), не равно нулю -- истина (в Паскале -- true).



Заключение

Проведя анализ, приходим к выводу, что, язык программирования -- это способ записи программ решения различных задач на ЭВМ в понятной для компьютера форме. Процессор компьютера непосредственно понимает язык машинных команд (ЯМК). Программы на ЯМК программисты писали лишь для самых первых ламповых машин -- ЭВМ первого поколения. Программирование на ЯМК -- дело непростое. Программист должен знать числовые коды всех машинных команд, должен сам распределять память под команды программы и данные.

Во всяком языке программирования определены способы организации данных и способы организации действий над данными. Кроме того, существует понятие «элементы языка», включающее в себя множество символов (алфавит), лексемы и другие изобразительные средства языка программирования.

Структура программы на Паскале. По определению стандартного Паскаля программа состоит из заголовка программы и тела программы (блока), за которым следует точка -- признак конца программы.

Турбо-система опирается в своей работе на возможности операционной системы. Поэтому каждая конкретная Турбо-система может работать с определенной операционной системой, ее конкретными версиями. Например, Турбо-система на IBM PC работает в среде MS DOS, причем более развитые версии Турбо-системы требуют и более высокоразвитых версий DOS.

Из сказанного выше следует, что язык Си++ поддерживает как процедурную, так и объектно-ориентированную парадигмы программирования. Последующий материал пособия в большей степени посвящен процедурному программированию на Си++ и лишь в разд. 4.10 приводится краткое введение в ООП на Си++, подобно тому как это сделано в гл. 3, посвященной Паскалю.



Список литературы

1. Microsoft Systems Journal, Sept 1989. Получен из Computer Library Periodicals, Jan 1990, Doc #14753

2. Профессиональная работа в MS-DOS, Р.Данкан, Мир, 1993

3. Excel 5.0 для профессионалов, Н.Николь, Р. Альбрехт, Москва, “Эком”, 1996

4. Гордеев А.В., “Операционные системы”, СПб: Питер, 2006 г.

5. Попов И.И., “Операционные системы, среды и оболочки”, Москва: Инфра-М, 2003 г.

6. Бойс Д., “От установки до оптимизации работы Windows XP”, Москва: НТ Пресс, 2007 г.

7. Столлингс В., “Операционные системы”, Москва: Вильямс, 2002 г.

Размещено на Allbest.ru