Вывод массива, удобный для пользователя

Задача. Распечатать двумерный массив размерности MxN удобным для пользователя способом. (Известно, что массив содержит только целые числа из промежутка [0..100].)

Алгоритм. Понятно, что если весь массив мы вытянем в одну строчку (или, того хуже, в один столбик), то хороших слов в свой адрес мы от пользователя не дождемся. Именно поэтому нам нужно вывести массив построчно, отражая его структуру.

Реализация

for i:= 1 to n do

begin

for j:= 1 to m do write(a[i,j]:4);

writeln;

end;

Описание строк

В разделе var строки описываются следующим образом:

var <имя_строки>: string[[<длина>]]

Максимальная длина строки - 255 символов. Нумеруются ее компоненты начиная с 0, но этот нулевой байт хранит длину строки.

Если <длина> не указана, то считается, что в строке 255 символов. Поэтому для экономии памяти следует по возможности точно указывать длину используемых строк.

Примеры описаний:

var s1: string[10]; (*строка длиной 10 символов*)

s2: string; (*строка длиной 255 символов*)

Необходимо отметить, что один символ и строка длиной в один символ

var c: char;

s: string[1];

совершенно не эквивалентны друг другу. Вне зависимости от своей реальной длины, строка относится к конструируемым структурированным типам данных, а не к базовым порядковым (см. лекцию 2).

Действия с символами

Операции

Результатом унарной операции

#<положительная_неименованная_константа_целого_типа>

является символ, номер которого в таблице ASCII соответствует заданному числу. Например,

#100 = 'd'

#39 = '''' {апостроф}

#232 = 'ш'

#1000 = 'ш' {потому что (1000 mod 256)= 232}

Кроме того, к символьным переменным, как и к значениям всех порядковых типов данных, применимы операции сравнения <, <>, >, =, результат которых также опирается на номера символов из таблицы ASCII.

Стандартные функции и процедуры обработки строк

Для обработки символьных массивов, которыми являются строки, в языке Pascal существуют специальные подпрограммы:

1. Функция concat(s1,_,sN:string):string осуществляет слияние (конкатенацию) всех перечисленных строк или символов в указанном порядке. Если длина итоговой строки больше 255-ти символов, то произойдет отсечение "хвоста". Кроме того, даже если результат конкатенации не был усечен, но программа пытается сохранить его в переменную заведомо меньшей длины, то усечение все равно состоится:

concat('abc','3de',' ','X','yz') = 'abc3de Xyz'

Операции со строками

Сравнения

Строки - это единственный структурированный тип данных, для элементов которого определен порядок и, следовательно, возможны операции сравнения (=, >, <).

На строках определен так называемый лексикографический порядок: из двух строк меньшей считается та, у которой первый различный символ меньше. Считается, что пустая строка меньше любой другой строки.

Таким образом, если начальные символы двух сравниваемых строк совпадают, то эта совпадающая часть никак не повлияет на отношение порядка между строками, поэтому ее можно откинуть и сравнивать только первые символы оставшихся подстрок. Если одна из строк полностью совпадает с началом другой, то после удаления совпадающих частей она превратится в пустую строку. Это с очевидностью будет свидетельствовать о том, что начало слова всегда меньше, чем все слово.

Итак,

'abc' < 'xyz'

'a' < 'abc'

'1200' < '45'

'Anny' < 'anny'

Обращение к компонентам строки

Доступ к k-му символу строки осуществляется так же, как к k-й компоненте массива (жирные скобки являются обязательным элементом синтаксиса):

<имя_строки>[<индекс>]

Например:

{s = '15.47'}

c:= s[3];

{c = '.'}

Однако, в отличие от массива, нельзя напрямую заменять символы в строке.

Подпрограммы

Весьма поэтичное объяснение понятия подпрограмма дал В.Ф. Очков: "Подпрограмма - это припев песни, который поют несколько раз, а в текстах песен печатают только один раз".

В самом деле, если есть необходимость многократно совершать одни и те же действия, то вполне логично описать их единожды, а потом лишь ставить на них ссылку. Именно такой смысл имеет использование подпрограмм.

Таким образом, подпрограмма - это в первую очередь программа. Со всеми полагающимися полноценной программе атрибутами: именем, разделами описания меток (label), констант (const), типов (type), переменных (var) и даже со своими (вложенными) функциями и процедурами.

В языке Pascal имеется два вида подпрограмм: процедуры и функции. Описывая их общие черты, мы будем употреблять обобщенный термин "подпрограмма". Если же в тексте встретятся слова "процедура" или "функция", то это будет означать, что излагаемая информация свойственна только одному конкретному виду подпрограмм: либо только процедурам, либо только функциям.

Объявление и описание

Функции объявляются следующим образом:

function <имя_функции> [(<список_параметров>)]:<тип_результата>;

В отличие от констант и переменных, объявление подпрограммы может быть оторвано от ее описания. В этом случае после объявления нужно указать ключевое слово forward:

function <имя_функции> [(<параметры>)]:<тип_результата>; forward;

Процедуры следует объявлять так:

procedure <имя_процедуры> [(<список_параметров>)];

Если объявление процедуры оторвано от ее описания, нужно поставить после него ключевое слово forward:

procedure <имя_процедуры> [(<список_параметров>)]; forward;

Описание подпрограммы

Описание подпрограммы должно идти после ее объявления. Оно осуществляется по следующей схеме (единой для процедур и функций):

[ uses <имена_подключаемых_модулей>;]

[ label <список_меток>;]

[ const <имя_константы> = <значение_константы>;]

[ type <имя_типа> = <определение_типа>;]

[ var <имя_переменной> : <тип_переменной>;]

[ procedure <имя_процедуры> <описание_процедуры>]

[ function <имя_функции> <описание_функции>;]

begin {начало тела подпрограммы}

<операторы>

end; (* конец тела подпрограммы *)

Если объявление подпрограммы было оторвано от ее описания, то описание начинается дополнительной строкой с указанием только имени подпрограммы:

function <имя_подпрограммы>;

или

procedure <имя_подпрограммы>;

Описания двух различных подпрограмм не могут пересекаться: каждый блок должен быть логически законченным. Однако внутри любой подпрограммы (она ведь тоже является программой, помните?) могут быть описаны другие процедуры или функции - вложенные. На них распространяются все те же правила объявления и описания подпрограмм.

Пример подпрограммы-процедуры:

procedure err(c:byte; s:string);

var zz: byte;

begin if c = 0

then writeln(s)

else writeln('Ошибка!')

end;

Список параметров

В заголовке подпрограммы (в ее объявлении) указывается список формальных параметров переменных, которые принимают значения, передаваемые в подпрограмму извне во время ее вызова. Для краткости мы далее будем опускать слово "формальный".

Поскольку внутри подпрограммы параметры рассматриваются как переменные с начальным значением, то имена локальных переменных, описываемые в разделе var (внутреннем для подпрограммы), не могут совпадать с именами параметров этой же подпрограммы. Подробнее о локальных и глобальных переменных мы расскажем в пункте "Разграничение контекстов".

Список параметров может и вовсе отсутствовать:

procedure proc1;

function func1: boolean;

В этом случае подпрограмма не получает никаких переменных "извне". Упомянутый в начале лекции песенный припев как раз и является примером подпрограммы, в которую не передается никаких данных при вызове.

Однако отсутствие параметров и, как следствие, передаваемых извне значений вовсе не означает, что при каждом вызове подпрограмма будет выполнять абсолютно одинаковые действия. Поскольку глобальные переменные видны изнутри любой подпрограммы, их значения могут неявно изменять внутреннее состояние подпрограмм. Этому очень нежелательному эффекту будет посвящен пункт "Побочный эффект".

Если же параметры имеются, то каждый из них описывается по следующему шаблону:

[<способ_подстановки>]<имя_параметра>:<тип>;

О возможных способах подстановки значений в параметры (<пустой>, var, const) мы расскажем в разделе "Способы подстановки аргументов".

Если способ подстановки и тип нескольких параметров совпадают, описание этих параметров можно объединить:

[<способ_подстановки>]<имя1>,...,<имяN>: <тип>;

Пример описания всех трех способов подстановки:

function func2(a,b:byte; var x,y,z:real; const c:char);

В заголовке подпрограммы можно указывать только простые (не составные) типы данных. Следовательно, попытка записать

procedure proc2(a: array[1..100]of char);

вызовет ошибку уже на этапе компиляции. Для того чтобы обойти это ограничение, составной тип данных нужно описать в разделе type, а при объявлении подпрограммы воспользоваться именем этого типа:

type arr = array[1..100] of char;

procedure proc2(a: arr);

function func2(var x: string): arr;

Возвращаемые значения

Основное различие между функциями и процедурами состоит в количестве возвращаемых ими значений.

Любая функция, завершив свою работу, должна вернуть основной программе (или другой вызвавшей ее подпрограмме) ровно одно значение, причем его тип нужно явным образом указать уже при объявлении функции.

Для возвращения результата применяется специальная "переменная", имеющая имя, совпадающее с именем самой функции. Оператор присваивания значения этой "переменной" обязательно должен встречаться в теле функции хотя бы один раз.

Например:

function min(a,b: integer): integer;

begin if a>b

then min:= b

else min:= a

end;

В отличие от функций, процедуры вообще не возвращают (явным образом) никаких значений. О том, как все-таки получить результаты работы процедуры, вы узнаете из пункта "Параметр-переменная".

Вызов подпрограмм

Любая подпрограмма может быть вызвана не только из основного тела программы, но и из любой другой подпрограммы, объявленной позже нее.

При вызове в подпрограмму передаются фактические параметры или аргументы (в круглых скобках после имени подпрограммы, разделенные запятыми):

<имя_подпрограммы>(<список_аргументов>)

Аргументами могут быть переменные, константы и выражения, включающие в себя вызовы функций.

Количество и типы передаваемых в подпрограмму аргументов должны соответствовать количеству и типам ее параметров. Кроме того, тип каждого аргумента должен обязательно учитывать способ подстановки, указанный для соответствующего параметра (подробнее об этом будет рассказано в разделе "Способы подстановки аргументов"). Если у подпрограммы вообще нет объявленных параметров, то при вызове список передаваемых аргументов будет отсутствовать вместе с обрамляющими его скобками.

Вызов функции не может быть самостоятельным оператором, потому что возвращаемое значение нужно куда-то записывать. Зато оно может стать равноправным участником арифметического выражения. Например:

c:= min(a,a*2);

if min(z, min(x,y))= 0 then...;

Процедура же ничего не возвращает явным образом, поэтому ее вызов является отдельным оператором в программе. Например:

err(res,'Привет!');

Замечание: После того как вызванная подпрограмма завершит свою работу, управление передается оператору, следующему за оператором, вызвавшим эту подпрограмму.

Параметр-значение

В списке параметров подпрограммы перед параметром-значением служебное слово отсутствует. Например, функция func3 имеет три параметра-значения:

function func3(x:real; k:integer; flag:boolean):real;

При вызове подпрограммы параметру-значению может соответствовать аргумент, являющийся выражением, переменной или константой.

В области памяти, выделяемой для работы вызываемой подпрограммы, создается переменная с именем <имя_подпрограммы>.<имя_параметра>, и в эту переменную записывается значение переданного в соответствующий параметр аргумента. Дальнейшие действия, производимые подпрограммой, выполняются именно над этой новой переменной. Значение же входного аргумента не затрагивается. Следовательно, после окончания работы подпрограммы, когда весь ее временный контекст будет уничтожен, значение аргумента останется точно таким же, каким оно было на момент вызова подпрограммы.

Замечание: При использовании параметров-значений в контексте подпрограммы создаются хотя и временные, но вполне полноценные копии входных аргументов. Поэтому нежелательно передавать в параметры-значения "большие" аргументы (например, массивы): они будут занимать много лишней памяти.

Параметр-переменная

В списке параметров подпрограммы перед параметром-переменной ставится служебное слово var. Например, процедура proc3 имеет три параметра-переменные и один параметр-значение:

procedure proc3(var x,y:real; var k:integer; flag:boolean);

При вызове подпрограммы параметру-переменной может соответствовать только аргумент-переменная; константы и выражения запрещены.

В отличие от параметра-значения, для параметра-переменной не создается копии при вызове подпрограммы. Вместо этого в работе подпрограммы участвует та самая переменная, которая послужила аргументом. Понятно, что если ее значение изменится в процессе работы подпрограммы, то это изменение сохранится и после того, как будет уничтожен контекст подпрограммы.

Итак, параметры-переменные и служат теми посредниками, которые позволяют получать результаты работы процедур, а также увеличивать количество результатов, возвращаемых функциями.

Замечание: Для экономии памяти в параметр-переменную можно передавать и такую переменную, изменять значение которой не требуется. Скажем, если нужно передать в качестве аргумента массив, то лучше не создавать его копию, как это будет сделано при использовании параметра-значения, а использовать параметр-переменную.

Параметр-константа

В списке параметров подпрограммы перед параметром-константой ставится служебное слово const. Например, процедура proc4 имеет один параметр-переменную и один параметр-константу:

procedure proc4(var k:integer; const flag:boolean);

При вызове подпрограммы параметру-константе может соответствовать аргумент, являющийся выражением, переменной или константой. Во время выполнения подпрограммы соответствующая переменная считается обычной константой. Ограничением является то, что при вызове другой подпрограммы из тела текущего параметра-константе не может быть подставлен в качестве аргумента в параметр-переменную.

Области действия имен

Глобальные объекты - это типы данных, константы и переменные, объявленные в начале программы до объявления любых подпрограмм. Эти объекты будут видны во всей программе, в том числе и во всех ее подпрограммах. Глобальные объекты существуют на протяжении всего времени работы программы.

Локальные объекты объявляются внутри какой-нибудь подпрограммы и "видны" только этой подпрограмме и тем подпрограммам, которые были объявлены как внутренние для нее. Локальные объекты не существуют, пока не вызвана подпрограмма, в которой они объявлены, а также после завершения ее работы.

Модульность программ

Модуль - это кусок программы, компилируемый отдельно от остальных ее частей. Именно возможность раздельной компиляции и является основным преимуществом модулей.

Простейшая модульность программы может достигаться за счет применения процедур и функций, однако этого не всегда достаточно. Если все подпрограммы содержатся в одном файле, то исправление единственной ошибки в какой-либо подпрограмме приведет к неизбежной перекомпиляции всего кода. А при современных размерах программ компиляция может длиться даже не минуты, а часы.

Кроме того, если коллектив программистов пишет одну большую программу (а именно в таких условиях работают сегодня все производители программного обеспечения), то каждому из них нужно обеспечить более или менее независимый "фронт работ". Даже два человека не могут одновременно исправлять один и тот же файл, иначе конфликт обновлений будет гарантирован. Что уж тут говорить о проектах, над которыми работают десятки и даже сотни человек! В такой ситуации модули, которые хранятся каждый в отдельном файле и могут быть отредактированы, откомпилированы и протестированы независимо от остальных частей программы, являются наилучшим решением этой проблемы.

Несколько модулей, являющихся составными частями одной программы, объединяются в библиотеку. Например, вместе с компилятором языка Pascal поставляются стандартные библиотеки, содержащие важнейшие подпрограммы обработки данных.