Основы программирования — Осенний семестр; Михалкович С.С.; 2008; I

К основной странице курса

Содержание

1 Алгоритм
2 Язык программирования PascalABC.NET
3 Синтаксис и семантика ЯП
4 Переменные и их описание
- 4.1 Основные сведения
- 4.2 Внутриблочные переменные
5 Основные типы

Алгоритм

Алгоритм — набор команд, определяющих порядок действий для решения поставленной задачи.

С алгоритмом всегда связан исполнитель алгоритма - устройство, имеющее систему команд.

В частности, процессор компьютера выступает исполнителем машинных команд.

Свойства алгоритма

Дискретность — алгоритм представляет собой последовательность элементарных шагов (команд исполнителя).
Детерминированность (определённость) — при одних и тех же входных данных получается один и тот же результат.
Завершаемость (конечность) — каждый алгоритм завершается за конечное число шагов при любом наборе исходных данных.
Результативность — после выполнения алгоритма известно, что считать результатом.
Массовость — применимость алгоритма ко множеству исходных данных.

Пример алгоритма.

Дано: x, y, z.

Найти max

Алгоритм 1. (словесное описание)

Если x>y и x>z, то максимум — это x
Если y>x и y>z, то максимум — это y
Если z>x и z>y, то максимум — это z

Алгоритм 2. (псевдокод)

max := x
Если y<max то max := y
Если z<max то max := z

Эквивалентными называются алгоритмы, имеющие одинаковые наборы исходных данных и выдающие одинаковый результат при одинаковых исходных данных. Алгоритмы 1 и 2 являются эквивалентными. Однако, они отличаются по скорости выполнения и по читаемости.

Спецификация задачи — точное, однозначное описание задачи. Включает формулировку входных и выходных данных.

Способы описания алгоритмов

1. Словесный

2. Псевдокод

3. Блок-схемы

Пример. А.2., представленный блок-схемой.

4. Язык программирования (ЯП)

Для языка программирования команды алгоритма называются операторами или инструкциями.

Основные характеристики алгоритма

правильность работы
скорость выполнения
объем занимаемой памяти
сложность написания
возможность распараллеливания

Основные характеристики программы

Те же, что и у алгоритма, а также:

понятность при чтении
модифицируемость (легкость изменения кода)
масштабируемость (возможность изменения кода для решения родственной или более общей задачи)
безопасность

Если два алгоритма эквивалентны, то какой из них лучше? Тот же вопрос можно задать о программах, реализующих эти алгоритмы. Как правило, не существует однозначного ответа на этот вопрос. Лучшие по скорости алгоритмы как правило более сложны, труднее для понимания и могут требовать больше памяти. Часто для решения задачи не нужна самая быстрая программа - достаточно простой и понятной программы.

Обзор современных языков программирования

(самостоятельно на форуме)

Язык программирования PascalABC.NET

Правила записи программ на PascalABC.NET

Шпаргалка

Пример программы, вычисляющей длину и площадь круга

program First; // заголовок программы – необязательная строка
{ Программа вычисления длины окружности и площади круга 
  Автор: Михалкович С.С. Дата написания: 2.09.08 }
const Pi = 3.14;
var
  r: real;   // входные данные - радиус круга
  S,C: real; (* выходные данные - площадь круга и длина окружности *)
begin
  write('Введите радиус окружности: ');
  readln(r);
  S := Pi*r*r;
  C := 2*Pi*r;
  writeln('Длина окружности равна ',С);
  writeln('Площадь круга равна ',S);
end.

Структура программы на языке Паскаль

Заголовок программы
Раздел описаний (описываются все используемые в программе переменные и определяются их типы)
begin
  операторы (разделяются ;)
end.

Как правило, программа начинается с ввода исходных данных, после чего следуют вычисления и вывод результатов. Ввод сопровождается приглашением к вводу.

PascalABC.NET. Как скачать, инсталлировать. (сайт системы программирования PascalABC.NET)

Компиляторы и интерпретаторы

Схема компиляции в машинный код

Схема компиляции в промежуточный код. JIT-компиляция

Ошибки времени компиляции (синтаксические и семантические) и ошибки времени выполнения

Синтаксис - правила записи конструкций, семантика - смысл конструкций.

Синтаксис и семантика ЯП

// В программе 2013-14 гг. этот пункт будет сокращен и размыт по следующим темам когда будут вводиться основные операторы языка.

Определения

Синтаксис — формальные правила описания конструкций ЯП.

Семантика — описывает смысл конструкций ЯП, а также задает ряд ограничений.

Способы описания синтаксиса

БНФ (Бэкуса-Наура формы, 1960, Алгол-60).

Примеры.

<цифра> ::= 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
<идентификатор> ::= <буква> | <идентификатор><буква> | <идентификатор><цифра>
<список идентификаторов> ::= <идентификатор> | <идентификатор> , <список идентификаторов>

0, 1, ... 9

называют терминалами (лексемами) — это "конечные символы", т.е. по умолчанию известные в ЯП.

<цифра>

так называемый нетерминал (нетерминальный символ).

Он определяется через терминалы, другие нетерминалы и самого себя. Причем в последнем случае правило задания нетерминала называется рекурсивным (как определение нетерминала <идентификатор>)

РБНФ (Расширенные БНФ)

[] — 0 или 1 повторение.

{} — 0 и более повторений

Пример.

<идентификатор> ::= <буква> {<буква> | <цифра>}

Синтаксические диаграммы (Вирт, Паскаль)

Грамматика языка — совокупность всех синтаксических правил данного ЯП, обычно заданных в форме БНФ.

Грамматика не учитывает все виды ошибок, в ЯП формулируются дополнительные семантические правила.

Замечание 1. Способы 1-3 эквивалентны.

Замечание 2. Синтаксис определяет лексемы языка.

Лексемы Паскаля

спецсимволы: := += *
ключевые слова (begin, end, if, for)
идентификаторы (a, b1)
константы (2, 'ABC', #5)
комментарии (3 вида)

{...}

(*...*)

//...

Переменные и их описание

Основные сведения

Переменная — это ячейка памяти компьютера, имеющая имя и тип.

Тип определяет размер переменной и множество принимаемых ею значений.

В языке Pascal любая переменная перед использованием должна быть описана.
Обычно переменные описываются в разделе описаний.

<xh4> Синтаксис в виде РБНФ </xh4>

<программа> ::= [program <имя>;] 
               <раздел описаний> 
               begin
                 <операторы>
               end.
<операторы> ::= <оператор>{; <оператор>}
<раздел описаний> ::= {<секция раздела описаний>}
<секция раздела описаний> ::= <секция описания переменных> | <с.о. констант> | <с.о. типов> | <с.о. подпрограмм>...

Пример секции описания переменных.

var
  a,b: real;
  i: integer;

<секция описания переменных> ::= var<подсекция>{< подсекция>}
<подсекция> ::= <список имен>: <тип>;
<список имен> ::= <имя>{,<имя>}
<тип> ::= <имя>

Внутриблочные переменные

В PascalABC.NET возможно внутриблочное описание переменных:

begin
  var i,j: integer;
  var r: real := 5.2;
  var Pi := 3.14;

В последнем случае происходит автоопределение типов.

Основные типы

Целые

integer (4 байта)

int64 (8)

byte (1)

Вещественные

real (8)

Символьные

char (2 байта — Unicode)

Строковые

string

string[200]

shortstring = string[255]

Логический

boolean (1) [True False]