Непейвода Н.Н., Скопин И.Н. Основания программирования

Подождите немного. Документ загружается.

Н. Н. Непейвода, И. Н. Скопин

ОСНОВАНИЯ

ПРОГРАММИРОВАНИЯ

УДК 519.682

Непейвода Н. Н., Скопин И. Н.

Основания программирования

Книга представляет собой первое издание в серии, предназначенной для

студентов, готовящихся к работе по современным информационным техно-

логиям, и специалистов в данной области.

Рекомендуется как для первокурсников, уже имеющих начальное знаком-

ство с программированием, так и для специалистов, имеющих лишь прак-

тический опыт и желающих получить более основательные теоретические

знания.

 Н. H. Непейвода, И. Н. Скопин, 2002

Разработка поддержана Фондом содействия развитию малых форм пред-

приятий в научно-технической сфере (договор № 1296р/3029 от 27 апреля

2001г.).

Предисловие

Данное учебное пособие предназначено в первую очередь для тех, кто

пришел в вуз, уже имея понятие о программировании (либо изучал его в

школе, либо был самоучкой) и намерен стать профессионалом в области ин-

формационных технологий. Такой студент часто имеет массу предрассудков,

связанных с теми разрозненными и обрывочными сведениями и навыками,

которые он успел накопить. Заложить прочную базу основных понятий и вы-

работать умение ориентироваться в системе понятий программирования —

основная цель пособия.

Это пособие доступно и для начинающего, если он параллельно изучает

какой-то конкретный язык программирования.

В данном пособии мы старались следовать стратегии опережающего обу-

чения, сформулированной В. В. Милашевичем [56]. Суть ее в том, чтобы

максимально выявить высокоуровневые структуры, лежащие за изучаемыми

конкретными понятиями, и тем самым обеспечить обучающемуся, облада-

ющему достаточным интеллектуальным потенциалом, возможность быстро

осваивать новые концепции, и, более того, до некоторой степени предуга-

дывать возможное изменение концептуальной базы и работать с заделом на

перспективу.

В данной книге одна из целей изложения состоит в том, чтобы показать

читателю понятия программирования в их взаимосвязи и взаимозависимо-

сти. Отсюда, в частности, следует, что мы вынуждены многократно обра-

щаться к одним и тем же понятиям, показывая их под разными углами зре-

ния. Этим мы стремимся достичь понимания имеющейся на высшем уров-

не общности многих, по виду различных, методов и приемов деятельности

программиста, а также показать понятия не в плоской картине их уже сло-

жившихся взаимосвязей, а многомерно и многоаспектно, что позволяет осу-

ществить переход на высшие слои сфер знаний и умений. В конечном итоге

это, как проверено опытом, дает плоды: высокую квалификацию обучаемо-

го, умение быстро творчески осваивать новые системы понятий и находить

новые эффективные решения.

Эту книгу правильнее всего хоть один раз прочитать с начала и до конца

подряд. Тогда Вы сможете наиболее четко выстроить систему понятий. Не-

которые фрагменты изложения могут показаться сведущему читателю слиш-

ком простыми, другие — сложны для новичка. Тем не менее, мы советуем не

пропускать материал, возможно, уделяя меньше времени простым вопросам,

а к не до конца понятому — обращаясь повторно, когда накопится необходи-

мый опыт. Конечно же, она приспособлена и к фрагментарному чтению, но

в этом случае следует контролировать однозначность понимания тех поло-

жений, которые определяются ранее

. Отчасти этому помогут приложения и

глоссарий в конце текста. При чтении полезно не только знакомиться с при-

водимыми программами, но и пытаться выполнять их на своем компьютере.

При этом полезно не буквальное повторение написанного, а вариации на за-

данную тему. Так, если у вас получится более эффективная программа, по-

старайтесь понять, почему авторы предпочитают свой вариант; если под ру-

кой нет системы программирования, на языке которой представлен пример,

постарайтесь перевести его в привычную для вас обстановку, по возможно-

сти сохраняя идеи моделируемой программы.

Пособие не затрагивает тренинга, на котором отрабатываются типовые

приемы программирования и методы их применения. Место таким занятиям

в разделах курсов, посвященным конкретным языкам программирования и

алгоритмике как таковой, менее связанной с программированием на языках.

По конкретным языкам есть множество отличных пособий, по алгоритмике

можно рекомендовать книгу [42], соответствующую по уровню изложения

данному курсу и отлично сочетающуюся с ним по материалу. Отчасти мы

неизбежно затрагиваем и эти две темы. Отличие нашего изложения в следу-

ющем.

• Языковые аспекты. Подчеркиваются существенные черты, анализиру-

ются с показом достоинств, недостатков и существенных особенностей

их различные реализации; порою полностью игнорируются случайные

детали конкретных (хотя бы и самых распространенных) реализаций;

если какие-то интересные аспекты были отброшены из-за неудачной

реализации либо еще не реализованы как следует, они все равно ана-

лизируются.

Не стоит пытаться переносить на эту книгу опыт чтения энциклопедий, поскольку при

нынешнем понимании этого слова они представляют из себя базу данных, а не базу знаний.

iii

• Алгоритмические аспекты. Мы сосредоточиваемся на том, как потреб-

ности алгоритмики влияют на развитие соответствующих стилей про-

граммирования, а через них — на языковые средства.

Иными словами, как конкретные языки, так и алгоритмы служат для предла-

гаемого учебника в первую очередь иллюстративным материалом.

Внимание!

При описании языков мы не всегда следуем традиционно при-

нятой для конкретного языка терминологии, поскольку слишком

часто по существу одна и та же вещь называется в разных языках

совершенно по-разному. Мы стремимся выбрать наиболее аде-

кватный и выразительный из принятых частных терминов, а если

все они подчеркивают несущественные особенности, иногда вы-

нуждены вводить свой.

Еще одна особенность данного изложения.Любое конкретное положение

и конкретное решение считается неуниверсальным, и поэтому освещают-

ся его существующие либо потенциальные альтернативы. Таким образом,

здесь показываются на практике инструменты многоуровневого критическо-

го мышления (не путать с одноуровневым, когда некая позиция идолизиру-

ется и все критикуется с точки зрения выбранного «Священного писания»!)

В учебнике представлен ряд заданий для контроля усвоения материала.

Эти задания не являются задачами с одним-единственным правильным от-

ветом (засилье таких задач и являющейся дальнейшим логическим шагом

за ними системы тестов — один из инструментов блокировки критического

мышления). Мы считаем, что гораздо перспективнее разбудить мысль чита-

теля, чем давать готовые рецепты и оценивать следование им. Ход рассужде-

ний при решении задачи представляется более полезным, чем получаемые

результаты: умную и интересную ошибку порою стоит в процессе обучения

оценивать выше, чем лобовое решение.

Часть I

Базовые понятия

Базовый характер данной части книги вовсе не означает ее элементарно-

сти. В частности, в ней вводятся важнейшие для всего дальнейшего изло-

жения и для методологии деятельности в информатике понятия стиля про-

граммы и ее жизненного цикла, а также такие технические понятия, кото-

рые отнюдь нельзя считать общеизвестными: вычислительная обстановка,

абстрактный синтаксис, контекст фрагмента программы и др.

Глава 1

Введение в систему понятий

программирования

Назначение данной главы — ввести обучающегося в систему понятий

программирования. Коллекция понятий превращается в систему тогда, когда

она становится знанием. Знание предполагает прежде всего умение преобра-

зовывать и сочетать различные элементы. Поэтому здесь мы сосредоточива-

емся на рассмотрении соотношений понятий и различных форм их предста-

вления,чтобы увидеть структуру взаимосвязей понятий и тем самым сделать

шаг к освоению их системы. Практическая цель обучающегося — научиться

даже без предварительного изучения языка видеть в нем общие конструкции

и, соответственно, понимать программы, написанные на нем.

§ 1.1. ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

1.1.1. Сравнение программ на разных языках

Начнем с рассмотрения нескольких примеров. Всем данным текстам про-

грамм при исполнении соответствует действие, состоящее в распечатке стро-

ки

«Hello World!»

Программа 1.1.1

/*Язык C.*/

#include <stdio.h>

int main(void)

{printf("Hello World!");

return 0;}

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЯ

Программа 1.1.2

//Java

public class HelloWorld {

public static void main (String[] args) {

System.out.println("Hello World!");

}}

Программа 1.1.3

Паскаль

program First (Output);

begin

writeln(’Hello World!’)

end.

Программа 1.1.4

comment

Algol 68

comment

begin

println(‘Hello World!’)

end

коммент

Русский Алгол 68

коммент

начало

печатать(‘Hello World!’)

конец

comment

Еще два представления

comment

(println(‘Hello World!’))

(печатать(‘Hello World!’))