Основы программирования — Осенний семестр; Михалкович С.С.; 2008; II — различия между версиями

Текущая версия на 11:21, 14 сентября 2013

К основной странице курса

Основные операторы

Оператор присваивания :=

<xh4> Синтаксис </xh4>

<переменная> := <выражение>

Пример использования оператора присваивания.

a := (3 + 5) * 8; 
b := a + 2;

<xh4> Семанитика </xh4> Вычисляется выражение в правой части, при этом, вместо имен переменных подставляются их значения.
Затем результат вычисления записывается в переменную в левой части.

Ограничение. Тип выражения должен быть совместим по присваиванию с переменной.
Например:

• одинаковые типы совместимы.
• выражение типа integer можно присвоить переменной типа real. Обратное неверно.

<xh4> Операторы присваивания += и *= </xh4> Пример.

d += 1; //прибавить 1 к d
d *= 2; //умножить d на 2

<xh4> Примеры использования := </xh4> Пример 1. Перемена местами двух значений. Дано: x, y;

var x, y: integer;
begin
  read(x,y);
  var v := x;
  x := y;
  y := v;
  writeln(x, ' ', y);
end.

Это стандартное решение. В PascalABC.NET на основе этого алгоритма определена стандартная процедура Swap(x, y).

Однако, существуют и другие решения. Например:

var x, y: integer;
begin
  read(x, y);
  x := x + y;
  y := x - y;
  x := x - y;
  writeln (x, ' ', y);
end.

Пример 2. Использование промежуточных переменных в вычислениях Дано: x: real; Найти: x¹⁵;

Решение 1.

y := x * x;
z := y * y;
t := z * z;
p := t * z;
q := p * x * y;

Решение 2.

y := x * x;
z := y * x;
t := z * y;
p := t * t * t;

Решение 3.

y := x * x;
x := x * y * y;
t := x * x * x;

Заметим, что в первом решении используется 6 операций умножения, в во 2м и 3м — 5. Возникает задача: найти xⁿ за минимальное число умножений.
Об этом читай тему.

Оператор ввода

<xh4> Синтаксис </xh4>

read (<список переменных>) | readln (<список переменных>)

<xh4> Семантика </xh4> Происходит считывание данных с клавиатуры и запись их в переменные из <списка переменных>. Вводить данные нужно либо через пробел, либо по нажатию <Enter>, при этом программа не перейдет к выполнению следующего оператора, пока не будут считаны все данные.

Имеются также стандартные функции ReadInteger, ReadReal, ReadlnInteger, ReadlnReal:

var n := ReadInteger;
var r := ReadlnReal;

С процедурой ввода связан ряд ошибок времени выполнения (например, если переменная используется в качестве делителя, и вводится 0, или, если должно быть получено целое число, а вводится 'ABC'). Эти ошибки нужно уметь обрабатывать.

Оператор try/except и обработка ошибок ввода

Операторы, которые могут получать ошибку, заключаются специальный охранный блок - оператор try.

<xh4> Синтаксис </xh4>

try
  ...
  readln(a);
  ...
except
  <обработка ошибки>
end;
<продолжение работы>

<xh4> Семантика </xh4> Если внутри блока try происходит ошибка выполнения, то все последующие операторы в блоке игнорируются, и выполнение программы переходит к блоку except. По выходе из except программа продолжает работу.

Если ошибки не происходит, то выполняются все операторы в блоке try, блок except не выполняется, и программа продолжает работу.

Оператор вывода

<xh4> Синтаксис </xh4>

write(<список выражений>) | writeln(<список выражений>)

<xh4> Семантика </xh4> Выражения в списке вычисляются, и их значения выводятся на экран.
В случае writeln после вывода осуществляется переход на новую строку.

<xh4> Форматы вывода </xh4> После каждого выражения в списке вывода можно использовать формат вывода в виде :a, где a — выражение целого типа.
После вещественного типа — :a:b (a задает ширину поля вывода (выравнивание по правому краю), b — количество знаков в дробной части).

<xh4> Вывод с помощью write[ln]Format </xh4>

writelnFormat('<форматная строка>', <список выражений>)

Пример вывода с использованием форматной строки.

writelnFormat('{0} * {1} = {2}', a, b, a * b)

Будет выведено:

a * b = a * b

В форматной строке тоже можно использовать формат вывода.
{0, 10}: 10 — это ширина поля вывода
{0, 10:f3}: 3 — это количество знаков в дробной части для вещественного числа (показывает это спецификатор f).
{0, 10:e3} — экспоненциальный формат.

Арифметические выражения

Основные сведения

Каждое выражение имеет тип. Выражение называется арифметическим, если его тип — числовой.
Выражение строится посредством операций (унарных или бинарных) и операндов.

В арифметических выражениях если a и b — одного типа, то и a op b принадлежит к тому же типу. Исключением является операция "/":

a / b — вещественное.

Если a и b принадлежат к различным типам, то выражение принадлежит к "старшему" типу.
Например:

byte < integer < int64
integer < real

Стандартные функции

В арифметические выражения могут входить стандартные функции:

exp(x)
ln(x)
abs(x)  // модуль x
sin(x)
cos(x)
sqr(x)  // квадрат x
sqrt(x) // корень из x 
round(x) - целое, полученное в результате округления вещественного x
trunc(x) - целое, полученное в результате отбрасывания дробной части у вещественного x
min(x,y) 
max(x,y) 
power(x,y)// x в степени y
random(n)// псевдослучайное целое число от 0 до n-1
random(a,b)// псевдослучайное целое число от a до b

<xh4> Порядок выполнения операций в арифметических выражениях </xh4>

• Операции с большим приоритетом выполняются первыми
• Функции вычисляются до операций
• Выражение в скобках вычисляется раньше
• Операции с одинаковым приоритетом выполняются слева направо, если идут подряд.

<xh4> Операции div и mod для целых </xh4> x div y = x / y, округленное до ближайшего целого по направлению к нулю. Это результат от целочисленного деления.
x mod y = x - (x div y) * y. Это остаток от целочисленного деления.

Пример использования
Целочисленные операции часто применяются для определения четности числа:

x mod 2 = 0    <->   x — четное
x mod 2 <> 0   <->   x — нечетное

Логические выражения

<xh4> Основные сведения </xh4> Выражение назывется логическим, если оно имеет тип boolean.
Пример.

x < 0
a >= b
a <> 3

Это простые логические выражения. Однако, с помщью логических операций можно составлять сложные.

 (бинарные)     (унарные)
  a and b         not a
  a or b
  a xor b

<xh4> Таблицы истинности логических операций </xh4>

a | b | a and b | a or b | a xor b 

T | T |    T    |   T    |    F
T | F |    F    |   T    |    T
F | T |    F    |   T    |    T
F | F |    F    |   F    |    F

<xh4> Сокращение вычислений логических выражений </xh4> Большинство современных компиляторов, в т.ч. PascalABC.NET производит сокращенное вычисление логических выражений.
Это означает, что в выражении

a and b

если a — ложно, то b не вычисляется, а в

a or b

если a — истинно, b не вычисляется.

Это очень полезно при вычислении таких выражений, как, например,

(y <> 0) and (x / y > 0)

Логически здесь все верно, однако, если бы не использовалось сокращенное вычисление, в случае равенства нулю y'а возникала бы ошибка деления на ноль.

<xh4> Логические переменные </xh4> Можно описывать логические переменные (тип boolean). Им можно присваивать логические выражения.
Эти переменные принимают одно из двух возможных значений:

true (истина)

false (ложь)

Пример использования логических переменных
Дано: прямоугольник со сторонами, параллельными осям координат, задан координатами абсцисс вертикальных сторон (x1, x2) и ординатами горизонтальных (y1, y2); точка M( x, y );
Найти: находится ли точка внутри прямоугольника, снаружи, или лежит на границе;

var inside, outside, bound: boolean;
begin
  inside := (x > x1) and (x < x2) and (y > y1) and (y < y2);
  outside := (x < x1) or (x > x2) or (y < y1) or (y > y2);
  bound := not inside and not outside;
end.

Побитовые операции

<xh4> Побитовые операции and, or, xor, not </xh4> Замечание. Работают только с целыми.

Соответствующая операция применяется к каждому биту двоичного представления числа.
Пример.

5 and 7

5₁₀ = 101₂
7₁₀ = 111₂

101
   ( and )
111
———
1012 = 510

<xh4> Операции shl и shr </xh4> Побитовый сдвиг влево и сдвиг вправо соответственно.

<xh4> shl </xh4>

x shl n = x * 2n

Сдвигает двоичное представление x на n позиций влево.

<xh4> shr </xh4>

x shr n = x div 2n

Сдвигает двоичное представление x на n позиций вправо.

<xh4> Примеры </xh4>

x = 510 = 1012

x shl 2 = <—(2)101
             101002 = 2010

x shr 2 = 101—>(2)
          0012 = 110

Таблица приоритетов операций языка Object Pascal

1. унарные + - not
2. имеющие смысл умножения * / div mod and shl shr
3. имеющие смысл сложения + - or xor
4. операции отношения <> <= >= < > in

Условный оператор

<xh4> Синтаксис </xh4>

if <условие> then <оператор1>
             [else <оператор2>]

<xh4> Семантика </xh4>

Примеры использования для решения задач

Пример 1. Нахождение минимума
Дано: x, y
Найти: min

if x > y then
  min := y
else
  min := x;

Пример 2. Упорядочение a, b по возрастанию.
Ясно, что если a > b, — нужно поменять их местами.
Но тут одним оператором не обойтись. Для этого можно использовать составной оператор — один или больше операторов, заключенных в операторные скобки begin - end;:

if a > b then
begin
  var v := b;
  b := a;
  a := v;
end;

Пример 3. Вычисление функции по взаимоисключающим веткам
<math>y = \begin{cases} x, & x < 2 \\ x^2, & 2 < x < 3 \\ 1-x, & x \ge\; 3 \end{cases}</math>

if x < 2 then
  y := x
else if x < 3 then
  y := x * x
else y := 1 - x;

Замечание. Если по ветви else располагается другой оператор if, то говорят, что возникает цепочка вложенных операторов if.

Координаты средней точки

Пример 4. Даны координаты трех точек на прямой a, b, c (a, b, c попарно не равны). Найти m - координаты средней точки

Решение 1.

Достаточно рассмотреть случай, когда координаты точек равны 1,2 и 3

Рассмотрим все возможные ситуации распределения этих значений между a,b,c:

a  b  c
1  2  3  a<b
1  3  2  a<b
2  1  3
2  3  1  a<b
3  1  2
3  2  1

При a<b возможны три варианта, в двух из которых a<c. При a>b возможны три варианта, в двух из которых a>c.

Решение представляется вложенными операторами if с уровнем вложенности 3.

if a < b then
  if a < c then
    if b < c then
      m := b
    else
      m := c
  else
    m := a
else
  if a > c then
    if b < c then
      m := c
    else
      m := b
  else m := a;

По количеству операций (3 сравнения, одно присваивание) это - самое лучшее решение

То же решение, записанное с помощью функции min:

if a < b then
  if a < c then
    m := min(b,c)
  else m := a
else
  if a > c then
    m := min(b,c)
  else m := a;

Решение 2.

var m1 := min(a,b);
var m2 := max(a,b);

a  b  c  
1  2  3  c>m2
1  3  2  
2  1  3  c>m2
2  3  1  c<m1
3  1  2  
3  2  1  c<m1

var m1 := min(a,b);
var m2 := max(a,b);
if c<m1 then
  m := m1
else if c>m2 then
  m := m2
else m := c;

Данное решение менее эффективно по числу сравнений и присваиваний (посчитайте самостоятельно), но по понятности может восприниматься лучше предыдущего.

Самостоятельные задания

• Даны координаты вершин треугольника и точка M, не лежащая на границе треугольника. Принадлежит ли M треугольнику.
• Является ли 4-угольник ABCD корректно заданным.

Оператор case выбора варианта

<xh4> Синтакстис </xh4>

case <переключатель> of
  {<список выбора>: <оператор>;}
  [else <оператор>[;]]
end

<xh4> Семантика </xh4> Вначале вычисляется выражение-<переключатель>, после чего его значение ищется в одном из <списков выбора>.
Если значение попадает в какой-то <список выбора>, то выполняется соответствующий ему оператор, иначе, если есть ветвь else, то выполняется оператор по ветке else.

<xh4> Ограничения </xh4>

• выражение-переключатель должно иметь так называемый порядковый тип:

целый

символьный

перечислимый

НО НЕ строковый или вещественный.

• значения в <списках выбора> не должны пересекаться.

<xh4> Примеры использования оператора выбора </xh4> Пример 1. День недели

case DayOfWeek of
  1..5: writeln('Будний');
  6, 7: writeln('Выходный');
  else  writeln('Ошибка');
end;

Пример 2. Цифра или буква

var c: char;
read(c);
case c of
  '0'..'9': writeln('Цифра');
  'A'..'Z', 'a'..'z', 'а'..'я', 'А'..'Я', 'ё', 'Ё': writeln('Буква');
end;