Силаенков А.Н. Лекции по технологии программирования

Подождите немного. Документ загружается.

2.Краткий исторический обзор языков программирования

С появлением машин второго поколения возникла потребность создания

языков, целиком ориентированных на особенности задач и не зависящих от

конкретной машины. Символом второго поколения ЭВМ стали проблемно-

ориентированные языки программирования. Их развитие все в большей

степени определялось спецификой задач, а не особенностями машин. Эти

языки назвали алгоритмическими языками.

Одним из первых и наиболее удачных языков такого рода стал Фортран

(Formulae Translation), разработанный фирмой IBM в 1954 г.

Фортран был заложен в основу диалогового языка Бейсик (Beginner's

All-purpose Symbolic Instruction Code) — широко распространенного ныне в

различных модификациях языка.

Вскоре после создания Фортрана (1957 г.) появился язык Алгол

(Algorithmic Language), созданный на основе широкого международного

сотрудничества. В 1960 г. было опубликовано официальное сообщение об

алгоритмическом языке, названном Алгол-60. Алгол создавался после

разработки и практического применения Фортрана, поэтому характеризуется

как введением новых конструкций, так и обобщением понятий, имеющихся в

Фортране.

Примерно в то же время появились алгоритмические языки с

проблемной ориентацией (Кобол, Снобол и др.), отвечающие нуждам

специфичных направлений науки и техники.

Из языков для обработки символьной информации (преобразование

формул, аналитическое решение уравнений, анализ и синтез текстов и т.д.)

очень популярным является язык Лисп (List Processing), созданный в 19609г. в

Массачусетском технологическом институте. В этом языке вся находящаяся

в обработке информация, в том числе и сама программа, организуется в так

называемые списки — последовательности элементов. Диалект этого языка

под названием АвтоЛИСП используется в системе AutoCAD как язык

графического программирования.

Третье поколение ЭВМ поставило на повестку дня выработку нового

подхода к созданию действительно универсального языка. Одной из попыток

такого рода являлось создание фирмой IBM алгоритмического языка PL/1

(Programming Language/1 — язык программирования один). Он основывался

на языках Фортран и Кобол, ряд изобразительных средств и понятий был

почерпнут из Алгола и других языков.

В 1971 г. Никлаусом Виртом был предложен алгоритмический язык

Паскаль (Pascal). Язык Паскаль способствовал внедрению современной

технологии программирования, основанной на постепенном построении

программы, состоящей из небольших четко определенных процедур, т. е.

последовательно проводятся в жизнь идеи структурного программирования.

Другой существенной особенностью Паскаля является концепция структуры

данных как одного из фундаментальных понятий, лежащих, наряду с

понятием алгоритма, в основе программирования.

На основе языка Паскаль в конце 70-х годов был создан язык Ада.Язык

назван так по имени первой женщины-программиста Ады Лавлейс. Это

существенно структурированный язык, особенно он подходит для разработки

систем реального времени. Однако язык Ада слишком громоздкий,

многословный и не предоставляет программисту достаточной свободы. По

синтаксической сложности он до сих пор не превзойден ни одним из языков.

В отличие от перечисленных языков высокого уровня, предложенный

Денисом Ритчи в начале 80-х годов язык программирования Си (название

содержит одну латинскую букву С) задумывался языком сравнительно

низкого уровня. Но это не значит, что этот язык недостаточно мощный.

Алгоритмический язык C достаточно полно отражает возможности

современных компьютеров, позволяя писать весьма эффективные

программы, не прибегая к языкам ассемблера, главным образом за счет

простых, последовательных конструкций потоков управления.

Язык Паскаль в оригинальной авторской версии не содержал средств

раздельной компиляции — модулей, разнообразных числовых типов, строк

переменной длины и многого из того, что добавлено в известные реализации.

Вследствие этого Никлаус Вирт предложил язык Модула-2, который должен

был заменить Паскаль, устранив основное его ограничение — отсутствие

модульности. Известно, что Модула-2 использовалась и используется в

проектах, где важнейшую роль играет надежность. Средства межмодульного

контроля Модулы-2 заметно совершеннее аналогичных возможностей

Паскаля и C.

Компилятор Турбо-Паскаль, разработанный Андерсом Хейльсбергом,

был выпущен в продажу фирмой Borland в 1983 г. Эта версия уже содержала

расширения языка, хотя и небольшие. В последующих выпусках расширений

становилось все больше: встроенная графика, модули, средства объектно-

ориентированного программирования (ООП) и т.д. Начиная с версии 7.0,

язык стал называться Borland-Паскаль.

В качестве мощной объектно-ориентированной версии Паскаля сейчас

популярен Объектный Паскаль. Объектный Паскаль по сравнению со

стандартным Паскалем содержит очень много синтаксических расширений.

Объектно-ориентированный язык C++ предложил Бьярн Страуструп с

первоначальным названием «Си с классами». Название отражает тот факт,

что C++ является надмножеством языка C. Язык C++, по ряду оценок,

сложнее C вдвое. В настоящее время это, без преувеличения, язык номер

один в мире для профессиональных программистов, поскольку он перенял

преимущества и популярность C и добавил мощные средства написания

объектно-ориентированных программ. Его реализации поддерживаются на

всех аппаратно-программных платформах, в отличие от Паскаля, который

широко распространен лишь на платформе IBM PC.

Язык Оберон был разработан Н. Виртом в 1987 г. Он представляет

собой существенно упрощенный синтаксически вариант Модулы-2, в

который добавлены расширяемые записи — основной механизм ООП. В

1992 г. Н. Виртом были приняты расширения Оберона, предложенные

Ханспетером Мёссенбёком. В язык введены аналоги виртуальных методов в

других языках. Новая версия получила название Оберон-2. Удивительно, но

Оберон-2 оказался проще Оберона, расширением которого является.

Самый молодой и самый обсуждаемый ныне объектно-

ориентированный язык Java (в английском произношении — Джава, русское

еще не устоялось) предложен Джеймсом Гослингом (фирма Sun

Microsystems). Основная особенность Java — межплатформенная

переносимость приложений, благодаря чему язык широко используется для

написания приложений для Internet.

В целом, к настоящему моменту известно от 2-х до 3-х тысяч языков

программирования, из них около 100 объектных и объектно-ориентирован-

ных.

3.Критерии выбора языка программирования

Выбор языка должен производиться на основе требований к

разрабатываемому продукту с учетом следующих факторов:

1) мощность языка (возможности языка);

2) переносимость языка;

3) сложность языка;

4) уровень существующей инструментальной поддержки языка.

Ряд исследователей полагает, что существует пять основных

разновидностей стилей программирования и, соответственно, языков

программирования :

 процедурно-ориентированный алгоритмы

 объектно-ориентированный классы и объекты

 логико-ориентированный цели, часто выраженные в

терминах исчисления предикатов

 ориентированный на правила правила «если-то»

 ориентированный на ограничения инвариантные соотношения.

В настоящее время наиболее привлекательные для программистов языки

базируются на так называемой объектной модели, которая имеет четыре

главных элемента:

 абстрагирование;

 инкапсуляция;

 модульность;

 иерархия.

Абстрагирование — выделения абстракций (abstraction), под которыми

понимаются существенные характеристики объекта, которые отличают его от

всех других объектов и четко определяют его концептуальные границы для

наблюдателя.

Инкапсуляция (encapsulation) — разделение элементов абстракции,

которые образуют ее структуру и поведение

Модульность (modularity) — разделение системы на модули (module), под

которыми понимаются единицы кода, служащие блоками физической

структуры системы.

Иерархия (hierarchy) — подчинение или упорядочение абстракций. Две

типичных иерархии в сложной системе — иерархия наследования

«общее/частное», присущая, обычно, типам (классам) и иерархия

агрегирования «целое/часть», присущая, обычно, элементам (объектам).

Иерархия присуща также модулям и другим частям системы.

Наиболее явно эти черты присутствую в языках, реализующих концепции

объектно-ориентированного программирования. Под последним понимается

методология реализации, при которой программа организуется как

совокупность сотрудничающих объектов, каждый из которых является

экземпляром какого-либо класса, а классы образуют иерархию наследования.

При этом классы обычно статичны, а объекты очень динамичны, что

поощряется динамическим связыванием и полиморфизмом.

Для ООП характерны понятия наследования и полиморфизма.

Наследование (inheritance) — отношение между классами, при котором

класс использует структуру или поведение другого (одиночное

наследование) или других (множественное наследование). Наследование

вводит иерархию «общее/частное».

Полиморфизм (polymorphism) — положение теории типов, согласно

которому имена (например, переменных) могут обозначать объекты разных

(но имеющих общего родителя) классов. Следовательно, любой объект

(метод), обозначаемым полиморфным именем, может по-своему реагировать

на некий общий набор операций (аргументов).

Вопросы для самопроверки

Лекция №4. Объектно-ориентированное программирование

В объектно-ориентированном программировании программа

рассматривается как совокупность объектов - отдельных фрагментов кода,

обеспечивающих выполнение определенных действий и объединяющих

данные и методы управления ими.

1.Структура программы

nit Unit3; //Заголовок программы

interface

uses //Раздел объявления используемых модулей

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls;

//Раздел обявления меток(Label)

//Раздел объявления констант (Const)

type //Раздел описания типов

Button1: TButton;

Memo1: TMemo;

Label1: TLabel;

procedure Button1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var //Раздел объявления переменных

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); //Раздел

объявления процедур

begin

Button1.Caption:='Выбор размеров кнопки';

Button1.Top:=10;

Button1.Left:=50; //Текст программы

if Button1.Width<100 Then

Button1.Width:=Button1.Width+20

Else

Button1.Width:=Button1.Width div 2;

if Button1.Height<50 Then

Button1.Height:=Button1.Height+20

else

Button1.Height:=Button1.Height -20;

Button1.Caption:='Сложить';

Label1.Caption:='Готово';

Beep;//Звуковой сигнал

end;

end.

 В заголовке после служебного слова Program указывается имя

программы. Заголовок может быть только один.

 Раздел объявления модулей . Начало этого раздела указывается с

помощью директивы Uses. Имена используемых модулей

перечисляются через запятую. Программа может содержать только

один блок Uses, причем он должен следовать сразу за заголовком

программы.

 Раздел объявления меток. Начало раздела указывается с помощью

директивы Label.Имена меток перечисляются через запятую.

Идентификатор метки может состоять из символов латинского

алфавита и/или цифр, а также содержать знак подчеркивания.

 Описание типов. Объявление типов используется для описания

пользовательских типов. При создании типа указывается его

идентификатор и после знака равенства приводится описание типа,

например,

TForm1 = class(TForm).

 Раздел переменных. При объявлении переменной указывается

идентификатор и через двоеточие – тип переменной, например,

Var

a,b:real;

 Раздел констант начинается с директивы Const.При объявлении

константы указывается идентификатор и через знак равно

значение или выражение. Идентификатор константы может

состоять из символов латинского алфавита, цифр и может

содержать знак подчеркивания. Первым символом идентификатора

должна быть латинская буква или символ подчеркивания.

Пример:

a=100; //Константа целого типа;

a=120.0// Константа вещественного типа;

a=’100’// Константа строкового типа;

2.Типы данных

Простыми называются типы данных, с которыми напрямую может

манипулировать процессор. Простые типы делятся на порядковые и

действительные.

Порядковые типы подразделяются на целые, символьные, логические,

перечисляемые и диапазонные.

 Целые типы. В переменных целого типа отсутствует дробная часть.

Таблица 1. Целые типы Object Pascal

Обозначение типа Диапазон значений Занимаемый

объем памяти,

бит

Без знака

Byte 0…255 8

Word 0…65535 16

LongWord 0…4294967295 32

Cardinal 0…4294967295 32

Со знаком

Shortint -128…127 8

Smalint -32768…32767 16

Integer - 2 147 483648…2 147 483648 32

Longint - 2 147 483648…2 147 483648 32

Int 64 -2

-2

-1 64

Таблица 2. Операции над порядковыми типами

Операция QОписание

Low (T) Минимальное значение порядкового типа Т

High(T)9 Максимальное значение порядкового типа Т

Ord(X)9

Порядковый номер значения выражения порядкового типа.

Для целого выражения — просто его значение. Для

остальных порядковых типов Ord возвращает физическое

представление результата выражения, трактуемое как целое

число. Возвращаемое значение всегда принадлежит одному

из целых типов

Pred(X)

Предыдущее по порядку значение. Для целых выражений

эквивалентно Х-1

Succ(X)9

Следующее по порядку значение. Для целых выражений

эквивалентно Х+1

Dec(V)9

Уменьшает значение переменной на 1. Эквивалентно V :=

Pred(V)

Inc(V)9

Увеличивает значение переменной на 1. Эквивалентно V :=

Succ(V)

Операция Результат

Abs (X) Возвращает абсолютное целое значение Х

Х Div Y Возвращает целую часть частного деления Х на Y

Х Mod Y Возвращает остаток частного деления Х на Y

Odd (X)

Возвращает булево True (истина), если Х — нечетное

целое, и False (ложь) — в противном случае

Sqr (X) Возвращает целый квадрат Х (т.е. Х*Х)

 Символьные типы. Представление символьной информации

выполняется с использованием символики ASCII( 8 битовая кодировка) и

UNICODE(16 битовая).Соответственно определены два символьных типа:

 AnsiChar или Char – символьный тип с 8 битной

кодировкой ASCII;

 WideChar - символьный тип с 16 битной кодировкой

UNICODE.

Chr (X)

Преобразует целую переменную в переменную типа char с тем

же порядковым номером. В Delphi это эквивалентно заданию

типа Char (X)

UpCaseПреобразует строчную букву в прописную

 Логические типы. В Object Pascal для совместимости с другими

языками использованы три логических типа:

o Bolean или ByteBool – 1бит;

o WordBool - 2 байта;

o LongBool - 4 байта.

Для Object Pascal предпочтителен тип Boolean, остальные определены

для совместимости с другими языками программирования и

операционными системами.

999 Переменным типа Boolean можно присваивать только значения True

(истина) и False (ложь). Переменные ByteBool, WordBool и LongBool

могут принимать и другие порядковые значения, интерпретируемые

обычно как False в случае нуля и True — при любом ненулевом

значении.

 Перечисляемые типы.

TForm1 = class(TForm) .

Type enum type = (first value, value2, value3, last value);

Этот тип определяется перечислением соответствующих идентификаторов,

разделяемых запятыми и заключаемых в круглые скобки. Если в разделе var

объявить переменную типа , то этой переменной можно будет присваивать

значения first,second,third. Значения перечисляемых типов не являются

числами и им нельзя присваивать числовые значения.

Type Boolean = (False, True);

QQQ С помощью типа Boolean в Object Pascal выполняются сравнения,

большинство же перечислимых типов — это просто списки уникальных

имен или идентификаторов, зарезервированных с конкретной целью.

Например, можно создать тип MyColor (мой цвет) со значениями myRed,

myGreen и myBlue (мой красный, мой зеленый, мой синий). Это делается

совсем просто:

999 Type MyColor = (myRed, myGreen, myBlue);

999 В этой строке объявлены четыре новых идентификатора: MyColor,

myRed, myGreen и myBlue. Идентификатором MyColor обозначен

порядковый тип, следовательно, в синтаксисе Object Pascal можно

применять этот идентификатор везде, где разрешены перечислимые

типы. Остальные три идентификатора— это значения типа MyColor.

 Диапазонные типы.

Синтаксис определения диапазонного типа имеет следующий вид:

999 Type subrange type = low value...high value;

Диапазонные переменные сохраняют все особенности исходного типа.

Единственное отличие состоит в том, что переменной диапазонного типа

можно присваивать только значения, входящие в заданный диапазон.

Контроль за соблюдением этого условия задается командой проверки

диапазона (range checking).

 Действительные типы.

В переменных действительных типов содержатся числа, состоящие из

целой и дробной частей. В Object Pascal определено шесть действительных

типов. Все типы могут представлять число 0, однако они различаются

пороговым (минимальным положительным) и максимальным значениями,

которые могут представлять, а также точностью (количеством значащих

цифр) и объемом. Действительные типы описываются в табл. 3.

Таблица 3. Действительные типы.

Тип ПорогQ

Максимальное

значениеQ

Количество

значащих цифрQ

Объем

(байт)

Real9 2.9E-39 1.7Е38 11-12 6

Single 1.5E-45 3.4Е38 7-8 4

Double 5.0E-324 1.7Е308 15-16 8

Extended9

3.4E-

49329

1.IE4932 19-20 10

Comp 1.0 9.2Е18 19-20 8

Currency9 0.0001 9.2Е14 19-20 8

Таблица 4. Функции действительных типов

Функция9 Возвращаемое значение

Abs (x)9 Абсолютная величина х

АгсТаn(х)9 Арктангенс х

Cos (х) Косинус х (х выражается в радианах, а не в градусах)

Ехр (х)9 Экспоненциальная функция от х

Frac(x) 9Дробная часть х

Int (х)

Целая часть х. Несмотря на название, возвращает

действительное значение (с плавающей запятой), т.е. просто

устанавливает нуль в дробной части

Ln (х)9 Натуральный логарифм от х

Pi9 Число Пи (3.1416...)

Round (х)9

Ближайшее к х целое значение. Возвращает значение целого

типа. Условие "ближайшее к х" не работает, если верхнее и

нижнее значения оказываются равноудаленными (например,

если дробная часть точно равна 0,5). В этих случаях Delphi

перекладывает решение на опера-ционную систему. Обычно

процессоры Intel решают эту задачу в соответствии с

рекомендацией IEEE округлять в сторону ближайшего

четного целого числа. Иногда такой подход называют

"банкирским округлением"

Sin(x)9 Синус х

Sqr(x) Квадрат х, т.е. X*X

Sqrt (х) Квадратный корень от х

Тrunc (х)

Целая часть х. В отличие от Int, возвращающей

действительное значение, Trunc возвращает целое

Строковые типы

999 В выражениях Delphi поддерживает три физических строковых

формата: короткий (ShortString), длинный (LongString) и широкий

(WideString). Их можно комбинировать в операторах присваивания и

выражениях (все необходимые преобразования Delphi выполняет

автоматически).

999 Переменные типов AnsiString и WideString — это динамически

распределяемые массивы символов, максимальная длина которых

ограничивается только наличием памяти. Разница между ними состоит

в том, что в AnsiString знаки записываются в формате char, а в

WideString— в формате WideChar. Обычно вполне достаточно одного

типа AnsiString, однако при работе с международными наборами

символов, такими как UNICODE, удобнее использовать WideString.

999 Тип ShortString—это, по существу, массив Array [0..255] of char.