Операторы ввода и вывода информации
Если вы помните, при рассмотрении примера работы оператора присваивания мы столкнулись с необходимостью узнать результат выполнения программы. Мы разобрались с тем, как информацию сохранять (в переменных), как обрабатывать (с использованием выражений), но два фундаментальнейших информационных процесса остались вне нашего внимания: получение информации и передача ее во внешний по отношению к компьютеру мир. Пока наши программы могут использовать лишь информацию, которая находится непосредственно в тексте программы. Узнать, какие значения в данный момент имеют переменные, также не представлялось возможным. Программирование в таких условиях теряет смысл.
Взаимодействие устройств обработки и хранения информации с внешней средой (хотя бы с пользователем) является совершенно необходимым. За такой интерфейс в языке Паскаль отвечают операторы ввода-вывода информации. Эти инструкции позволяют ввести аргументы, параметры расчетов во время выполнения программы (а не на этапе ее написания), осуществить вывод рассчитанных данных в понятном человеку виде.
Сначала операторы ввода (форматы операторов):
Read(<Список ввода>);
Readln(<Список ввода>);
В таком формате эти команды позволяют вводить данные в переменные во время выполнения программы с клавиатуры. Элементами списка ввода могут быть имена переменных, которые должны быть заполнены значениями, введенными с клавиатуры.
Выполнение операторов ввода происходит так: ход программы приостанавливается, на экран выводится курсор, компьютер ожидает от пользователя набора данных для переменных, имена которых указаны в списке ввода. Пользователь с клавиатуры вводит необходимые значения в том порядке, в котором они требуются списком ввода, нажимает Enter. После этого набранные данные попадают в соответствующие им переменные и выполнение программы продолжается.
Примечание: данные при вводе разделяются пробелами.
Разница между работой процедур Read и Readln (от Read line) состоит в следующем: после выполнения Read значение следующего данного считывается с этой же строчки, а после выполнения Readln - с новой строки.
Для вывода информации в Паскале также есть две команды:
Write(<Список вывода>);
Writeln(<Список вывода>);
Такой формат использования Write и Writeln позволяет выводить на экран монитора данные из списка вывода. Элементами списка вывода могут являться имена переменных, выражения, константы. Прежде чем вывести на экран компьютер значения выражений сначала вычислит. Элементы списка, также как и в операторах ввода, разделяются запятыми.
Различие между двумя операторами вывода таково: после выполнения оператора Writeln (от Write line) происходит переход на новую строчку, а после выполнения инструкции Write, переход на новую строчку не происходит и печать по последующим командам вывода Write или Writeln будет происходить на той же строчке. При вызове оператора Writeln без параметров просто происходит переход на новую строчку.
Приведем пример использования операторов ввода и вывода:
Program Inteface;
Var
R,S : Real;
Begin
Write('Введите радиус круга '); {Печать на экране просьбы о вводе}
Readln(R); {Ввод значения в переменную R с клавиатуры}
S:=4*ARCTAN(1)*SQR(R); {Вычисление площади круга (pR2)}
Writeln('Площадь круга радиусом ',R,' равна ',S)
End.
Эта программа запрашивает у пользователя значение радиуса круга, обеспечивает возможность ввести его значение, рассчитывает и выводит на экран величину площади круга с таким радиусом. Таким образом, появляется возможность, не внося изменений в текст программы, вводить различные значения радиуса и получать, соответствующие им значения площади круга. Для этого достаточно несколько раз запустить программу. Также эта программа демонстрирует следующее правило: выдача результатов должна быть прокомментирована так, чтобы был ясен смысл напечатанных чисел. Действительно, ведь можно было бы ограничиться Writeln(S), но значение выведенного программой числа в этом случае было бы ясно только тому, кто эту программу написал.
ОПЕРАТОРЫ ВВОДА И ВЫВОДА
Рассмотрим организацию ввода и вывода данных с терминального уст> ройства. Терминальное устройство - это устройство, с которым работает пользователь, обычно это экран (дисплей) и клавиатура. Для ввода и вывода данных используются стандартные процедуры ввода и вывода Read и Write, оперирующие стандартными последовательными файлами INPUT и OUTPUT.
Эти файлы разбиваются на строки переменной длины, отделяемые друг от друга признаком конца строки. Конец строки задается нажатием кла виши ENTER.
Для ввода исходных данных используются операторы процедур ввода:
Read(A1,A2,...AK);
ReadLn(A1,A2,...AK);
ReadLn;
Первый из них реализует чтение К значений исходных данных и прис ваивание этих значений переменным А1, А2, ..., АК. Второй оператор реализует чтение К значений исходных данных, пропуск остальных значе ний до начала следующей строки, присваивание считанных значений пере менным А1, А2, ..., АК. Третий оператор реализует пропуск строки ис ходных данных.
При вводе исходных данных происходит преобразование из внешней формы представления во внутреннюю, определяемую типом переменных. Пе ременные, образующие список ввода, могут принадлежать либо к целому либо к действительному, либо к символьному типам. Чтение исходных данных логического типа в языке ПАСКАЛЬ недопустимо.
Операторы ввода при чтении значений переменных целого и действительного типа пропускает пробелы, предшествующие числу. В то же время эти операторы не пропускают пробелов, предшествующих значе ниям символьных переменных, так как пробелы являются равноправными символами строк. Пример записи операторов ввода:
var rV, rS: Real;
iW, iJ: Integer;
chC, chD: Char;
................
Read(rV, rS, iW, iJ);
Read(chC, chD);
Значения исходных данных могут отделяться друг от друга пробелами и нажатием клавиш табуляции и Enter.
Для вывода результатов работы программы на экран используются операторы:
Write(A1,A2,...AK);
WriteLn(A1,A2,...AK);
WriteLn;
Первый из этих операторов реализует вывод значений переменных А1, А2,...,АК в строку экрана. Второй оператор реализует вывод значений переменных А1, А2, ..., АК и переход к началу следующей строки. Третий оператор реализует пропуск строки и переход к началу следующей строки.
Переменные, составляющие список вывода, могут относиться к целому, действительному, символьному или булевскому типам. В качестве элемен- та списка вывода кроме имен переменных могут использоваться выражения и строки.
Вывод каждого значения в строку экрана происходит в соот ветствии с шириной поля вывода, определяемой конкретной реализацией языка.
Форма представления значений в поле вывода соответствует типу пе ременных и выражений: величины целого типа выводятся как целые деся тичные числа, действительного типа - как действительные десятичные числа с десятичным порядком, символьного типа и строки - в виде сим волов, логического типа - в виде логических констант TRUE и FALSE.
Оператор вывода позволяет задать ширину поля вывода для каждого элемента списка вывода. В этом случае элемент списка вывода имеет вид А:К, где А - выражение или строка, К - выражение либо константа целого типа. Если выводимое значение занимает в поле вывода меньше позиций, чем К, то перед этим значением располагаются пробелы. Если выводимое значе ние не помещается в ширину поля К, то для этого значения будет отве дено необходимое количество позиций. Для величин действительного типа элемент списка вывода может иметь вид А:К:М, где А - переменная или выраже ние действительного типа, К - ширина поля вывода, М - число цифр дробной части выводимого значения. К и М - выражения или константы целого типа. В этом случае действительные значения выводятся в форме десятичного числа с фиксированной точкой. Пример записи операторов вывода:
. . . . . . . . . . . .
var rA, rB: Real; iP,iQ:Integer;
bR, bS: Boolean; chT, chV, chU, chW: Char;
. . . . . . . . . . . .
WriteLn(rA, rB:10:2);
WriteLn(iP, iQ:8);
WriteLn(bR, bS:8);
WriteLn(chT, chV, chU, chW);
Метки. Оператор безусловного перехода.
Каждый дом на улице имеет свой номер, все люди имеют собственные имена, даже ячейки памяти компьютера имеют каждая свой адрес. Все это принято для того, чтобы иметь возможность однозначно указать на определяемый объект. Точно также, для указания на операторы в программах применяются метки.
Метка в стандарте языка Паскаль представляет собой целое неотрицательное число. Все используемые в программе метки должны быть перечислены в разделе описания меток, начинающемся служебным словом Label, например:
Label 1, 2, 8;
Одной меткой можно пометить только один оператор. Метка от помеченного оператора отделяется двоеточием.
Пример:
6: Writeln(14/2);
Во всех приведенных ранее программах операторы выполнялись один за другим в том порядке, в котором они были записаны в тексте. Такая алгоритмическая структура называется прямым следованием. Однако, в языке Паскаль изначально существует оператор, нарушающий прямолинейное выполнение программы, передающий управление в произвольную ее точку. Такая инструкция называется безусловным переходом и имеет такой формат:
Goto <метка>;
Оператор, к которому происходит переход должен быть помечен данной меткой.
Использовать оператор безусловного перехода следует крайне осторожно во избежание получения ошибочных результатов или полного "зацикливания" программы. Вообще, употребление данной команды среди программистов считается дурным тоном. Как вы убедитесь, всегда существует возможность обойтись без него.
. ЭЛЕМЕНТЫ СТРУКТУРНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Структуризованная программа (или подпрограмма) - это программа, составленная из фиксированного множества базовых конструкций. Расс- мотрим основные определения и способы образования этих конструкций в схемах алгоритмов.
{}
Из операций, развилок и слияний строятся базовые конструкции: сле дование, ветвление, цикл. Применяя только эти три конструкции, можно реализовать алгоритм решения любой задачи.
Конструкция, представляющая собой последовательное выполнение двух или более операций, называется следованием.
Конструкция, состоящая из развилки, двух операций и слияния, назы вается ветвлением. Одна из операций может отсутствовать.
Конструкция, имеющая линии управления, ведущие к предидущим опера циям или развилкам, называется циклом.
Конструкции следование, ветвление и цикл можно представить как операции, так как они имеют единственный вход и единственный выход. Произвольную последовательность операций можно представить как одну операцию.
Операция может быть реализована любым оператором языка ПАСКАЛЬ (простым или составным), либо группой операторов, за исключением опе ратора перехода GOTO.
В языке ПАСКАЛЬ количество базовых конструкций увеличено до шести, это:
-следование;
-ветвление;
-цикл с предусловием;
-цикл с постусловием;
-цикл с параметром;
-вариант.
Далее рассмотрим, как эти базовые конструкции реализуются в языке ПАСКАЛЬ.
Условный оператор
Одной из основных алгоритмических структур является ветвление (альтернатива).
Если условие выполняется, то будет выполнена инструкция "1", если нет, то - инструкция "2". Несмотря на то, что в схеме присутствуют два действия, выполнено будет только одно, так как условие либо ложно, либо истинно. Третьего не дано. Такая схема позволяет решать задачи, в которых в зависимости от сложившихся обстоятельств требуется совершить то или иное действие. Нет никакого сомнения, что число задач такого рода огромно. Более того, очень сложно придумать реально значимое задание, алгоритм выполнения которого содержал бы в себе простое прямое следование команд. Даже примитивный пример, взятый из курса математики, как вы увидите, не может быть решен без использования ветвления. Итак, необходимо вычислить значение выражения y=1/x. Вам известно, что данная функция не всегда имеет значение, то есть не для всех значений аргумента существует значение результата. Наша задача так составить алгоритм, чтобы исполнитель ни в коем случае не встал в тупик, даже при получении нуля в качестве аргумента. Сформулировать это на естественном языке не трудно:
1. Получить значение x.
2. Если x=0, то сообщить, что выражение значения не имеет, иначе - вычислить y как 1/x.
Таким образом используется приведенная выше алгоритмическая структура. Она может быть выражена простыми словами:
Если <усл.> {Если выполняется условие}
то <действие 1> {то выполнить действие № 1 }
иначе <действие 2> {иначе - выполнить действие № 2 }
все
Как это записать на Паскале? Да точно так же, только по-английски.
Формат условного оператора на языке Паскаль:
If <условие>
Then <оператор 1>
Else <оператор 2>;
Обратите внимание на то, что в Then- и Else- части стоит только один оператор. Но что делать, чтобы решить задачу, в которой по выполнению или невыполнению условия нужно совершить не одно, а несколько действий? Здесь приходит на помощь уже известный вам составной оператор. В операторные скобки можно заключить любое количество операторов.
Вариант условного оператора в этом случае:
If <условие>
Then Begin <группа операторов 1> end
Else Begin < группа операторов 2> end;
Знак "точка с запятой" не ставится перед служебным словом Else, но операторы в группах, естественно, отделяются друг от друга этим знаком.
Теперь поговорим об условиях. В программах на языке Паскаль условия представляют собой выражения, значением которых является величина логического (Boolean) типа. Это может быть как просто переменная указанного типа, так и сложная последовательность высказываний, связанных логическими операциями.
В простых условиях могут применяться знаки операций сравнения: >(больше), <(меньше), =(равно), <>(не равно), >=(больше или равно), <=(меньше или равно).
Примеры простых условий: A=5 {Значение переменной А равно 5}
(C+D3)>=(D1*(45-2)) {Значение выражения в левой части больше либо равно значению выражения из правой части}
S<>'ABC' {Значение переменной S не равно строковой константе 'ABC'}
Приведем пример решения еще одной задачи: "Из двух чисел выбрать наибольшее".
На первый взгляд решение очевидно, но оно не столь тривиально, как кажется.
Program Example;
Var A,B,C : Real; {A,B - для хранения аргументов, C - результат}
Begin
Writeln('Введите два числа');
Readln(A,B); {Вводим аргументы с клавиатуры}
If A>B Then C:=A Else C:=B; {Если A>B, то результат - A, иначе результат - B}
Writeln(C); {Выводим результат на экран}
End.
Еще один классический пример: "По заданным коэффициентам решить квадратное уравнение". Эта задача сложнее, поэтому перед тем как писать программу составим алгоритм, записав его в виде блок-схемы.Сначала вводим коэффициенты, затем вычисляем дискриминант. Теперь возникает две возможности: либо отсутствие действительных корней в случае отрицательного дискриминанта, либо эти корни можно все-таки вычислить и вывести на экран в случае неотрицательного дискриминанта (случай равенства дискриминанта нулю входит сюда же, корней - два, только они одинаковые J).
При записи алгоритма на языке программирования следует учесть, что в ветви "нет" не одно действие, а три, поэтому следует применить составной оператор. Арифметические выражения не забывайте записывать в соответствии с правилами языка Паскаль. В остальном, эта программа не сложнее предыдущей.
Program Sq1;
Var A, B, C, D, X1, X2 : Real;
Begin
Writeln ('Введите коэффициенты квадратного уравнения');
Readln (A,B,C);
D:=B*B-4*A*C;
If D<0 Then Writeln ('Корней нет! ')
Else
Begin
X1:=(-B+SQRT(D))/2/A;
X2:=(-B-SQRT(D))/2/A;
Writeln ('X1=', X1:8:3, ' X2=',X2:8:3)
End
End.
Интересно, что в качестве оператора, который выполняется по выполнению или невыполнению условия, может выступать условный же оператор. В этом случае говорят о вложенности условных операторов. Я настоятельно рекомендую при решении такого рода задач составлять блок-схему алгоритма в тетради. Только потом, при составлении программы, вам остается лишь аккуратно прописывать сначала всю Then- часть, а затем переходить к Else- части. Обычно при записи условных операторов на языке Паскаль (особенно при множественных ветвлениях) команды записывают уступом вправо и вниз. Это повышает наглядность, и, поверьте, снижает потери времени на отладку.
Для иллюстрации решим еще одну задачу: "решить уравнение вида A*x^2 + B*x + C = 0". Прошу не путать с квадратным уравнением, для которого нам было известно, что коэффициент А не равен нулю. Здесь же коэффициенты могут быть любыми числами. Исходя из элементарных математических рассуждений, получаем следующий алгоритм:
Program Sq2;
Var A, B, C, D, X, X1, X2 : Real;
Begin
Writeln ('Введите коэффициенты уравнения (A, B, C) ');
If A=0 Then
If B=0 Then
If C=0 Then Writeln('X - любое число')
Else Writeln('Корней нет! ')
Else Begin X:=-C/B; Writeln('X=',X:8:3) End
Else
Begin
D:=B*B-4*A*C;
If D<0 Then Writeln ('Корней нет! ')
Else
Begin
X1:=(-B+SQRT(D))/2/A;
X2:=(-B-SQRT(D))/2/A;
Writeln ('X1=', X1:8:3, ' X2=',X2:8:3)
End
End
End.
Цикл. Виды Циклов.
Циклом называется многократное повторение однотипных действий. Телом же цикла будем называть те самые действия, которые нужно многократно повторять.
Как вы понимаете, повторять одни и те же действия можно и при помощи оператора безусловного перехода. Если записать эти действия в программе одно за другим, а в конце поставить оператор перехода к началу этого блока. Однако таким образом можно получить только программу, которая работает вечно (зацикливается). Этого можно избежать, используя совместно с оператором перехода условный оператор, поставив выполнение перехода в зависимость от выполнения некого условия. Таким образом, мы получим структуру условного перехода и возможность организации конечного цикла. Вообще говоря, так мы можем решить практически любую задачу, требующую реализации циклического алгоритма. Конечно же, при помощи одного только топора можно построить дом. Поставим перед собой вопросы: "А будет ли этот дом красив? Сколько времени и сил можно сэкономить, используя всевозможные специальные инструменты?". Для чего? - Для удобства, краткости, простоты чтения программы и, не побоюсь этого слова, красоты. Итак, существует три вида цикла, имеющих собственные операторы на языке Паскаль для их записи. Эти виды имеют собственные условные названия: "Пока", "До", "С параметром". Друг от друга они несколько отличаются и используются каждый для своего класса задач
Цикл "ПОКА"
Группа операторов, называемая "телом цикла", судя по этой схеме, будет выполняться пока истинно условие цикла. Выход из цикла произойдет, когда условие перестанет выполняться.
Если условие ложно изначально, то тело цикла не будет выполнено ни разу. Если условие изначально истинно и в теле цикла нет действий, влияющих на истинность этого условия, то тело цикла будет выполняться бесконечное количество раз. Такая ситуация называется "зацикливанием". Прервать зациклившуюся программу может либо оператор (нажав Ctrl+C), либо аварийный останов самой программы, в случае переполнения переменной, деления на ноль и т.п., поэтому использовать структуру цикла следует с осторожностью, хорошо понимая, что многократное выполнение должно когда-нибудь заканчиваться.
На языке Pascal структура цикла "Пока" записывается следующим образом:
While <условие> Do <оператор>;
Правда, лаконично? По-русски можно прочитать так: "Пока истинно условие, выполнять оператор". Здесь, так же как в формате условного оператора, подразумевается выполнение только одного оператора. Если необходимо выполнить несколько действий, то может быть использован составной оператор. Тогда формат оператора принимает такой вид:
While <условие> Do
Begin
<оператор #1>;
<оператор #2>;
<оператор #3>;
. . .
End;
Цикл "ДО"
Этот вид цикла отличается от предыдущего в основном тем, что проверка условия повторения тела цикла находится не перед ним, а после. Поэтому цикл "До" называют циклом "с постусловием", а "Пока" - "с предусловием".
Обратите также внимание на то, что новая итерация (повторное выполнение тела цикла) происходит не тогда, когда условие справедливо, а как раз тогда, когда оно ложно. Поэтому цикл и получил свое название (выполнять тело цикла до выполнения соответствующего условия).
Интересно, что в случае, когда условие цикла изначально истинно, тело цикла все равно будет выполнено хотя бы один раз. Именно это отличие "до" от "пока" привело к тому, что в программировании они не подменяют друг друга, а используются для решения задач, к которым они более подходят.
Формат цикла на языке Pascal:
Repeat
<оператор #1>;
<оператор #2>;
<оператор #3>;
. . .
Until <условие>;
Читается так: "Выполнять оператор #1, оператор #2. : до выполнения условия".
Здесь не требуется использование составного оператора, потому, что сами слова Repeat и Until являются операторными скобками.