Примеры программирования вычислительных процессов с разветвлением
Пример 1: Даны целочисленные значения А и В . Если А=В , вывести Y=3. Если A<B, вывести Y=2. Если A>B вывести Y=3.Составим программу.
Program Pr6;
Var
a,b : integer; { вводимые данные }
y : integer; { результат }
begin
writeln(‘введите значения А и В ‘);
readln(a,b);
if a = b then y:=1
else if a < b then y:=2
else y:=3 ;
writeln(‘Результат : ‘);
write(‘y=‘,y)
end.
Информация во время выполнения программы имеет вид:
введите значения А и В
9
34
результат :
y=2
Пример 8: Определить, принадлежит ли точка с координатами X ,Y прямоугольнику
с координатами X1,X2,Y1,Y2. Координаты точки и прямоугольника действительного
типа. Точка принадлежит прямоугольнику, если одна координата точки имеет значение
и
и если другая координата точки имеет значение и
Program Pr7;
var x1,x2,y1,y2:real;{ коор-ты прямоугольника }
x,y :real; { координаты точки }
begin
writeln(‘ введите х1,х2, y1,y2 ‘);
readln(x1,x2,y1,y2);
writeln(‘ введите x,y ‘);
readln(x,y);
if ( x>=x1) and (x<=x2) and (y>=y1) and (y<=y2)
then writeln(‘ точка принадлежит прямоугольнику ‘);
else writeln(‘ точка не принадлежит прямоугольнику ‘);
end.
Тест:
Входные данные:
x1=3; x2=19; y1=5; y2=9
Выходные данные:
точка принадлежит прямоугольнику
Вопрос 2
Поток управления. Управляющие конструкции языка программирования.
В императивном программировании (методы программирования, описывающие процесс вычисления в виде инструкций, изменяющих состояние программы) предполагается, что процесс выполнения программы заключается в выполнении её инструкций вычислителем. В момент выполнения инструкции говорят, что она управляет вычислителем, переход к выполнению следующей называется передача управления или просто переход. Последовательность передач управления в процессе выполнения программы формирует её поток управления (также поток выполнения).
3.Структуры данных
Под структурой данных программ в общем случае понимают множество элементов данных, множество связей между ними, а также характер их организованности.
Под организованностью данных понимается продуманное устройство с целью рационального использования по назначению. Примеры организованности данных: стек, организованный массивом; структура данных для хранения информации о студентах; файл, имеющий организацию текстового файла, байтная организация физической памяти машины.
Н. Вирт определил понятие программы следующим образом:
Алгоритмы + структуры данных = программы
Простейшие структуры данных, реализуемые языком программирования, называют также стандартными типами данных. Многие языки программирования позволяют на основе стандартных типов строить типы данных, определенные программистом (пользователем).
Что же характеризует данные более содержательно, чем значения? В 1973 г. Н. Виртом была опубликована статья "Типы данных — это не значения". С его точки зрения тип данных — это множество значений. В статье говорилось также, что данные прежде всего характеризуются набором операций, которые можно выполнять над этими данными, множеством значений. Этот взгляд и дал миру впоследствии некоторые очень полезные идеи. Главная формула, которой стали придерживаться:
ТИП ДАННЫХ = МНОЖЕСТВО ЗНАЧЕНИЙ + НАБОР ОПЕРАЦИЙ
Над всеми структурами данных могут выполняться пять операций: создание, уничтожение, выбор (доступ), обновление, копирование.
Пользовательские типы данных
Иногда возникает необходимость в работе с данными, имеющими особенную структуру. Например, какой тип должна иметь переменная, которая может хранить код пользователя, его ФИО, возраст, адрес, телефон, дату рождения? Очевидно, что встроенными типами данных тут не обойтись. Можно, конечно, представить себе строковую переменную, которая содержит все эти данные, записанные подряд, но работать с такой переменной будет очень неудобно. В подобных случаях на помощь приходят пользовательские типы данных.
Типы пользователя. Одна из принципиальных возможностей программирования состоит в том, что пользователю разрешается определять свои типы данных. Типы пользователя всегда базируются на стандартных типах, данных.
4
Объе́ктно-ориенти́рованное, или объектное, программи́рование (в дальнейшем ООП) — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов. В случае языков с прототипированием вместо классов используются объекты-прототипы.
Примеры языков ООП (C++, Object Pascal, Java, Oberon-2)
ООП возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Для дальнейшего развития объектно-ориентированного программирования часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование, КОП).
В центре ООП находится понятие объекта. Объект — это сущность, которой можно посылать сообщения, и которая может на них реагировать, используя свои данные. Объект — это экземпляр класса. Данные объекта скрыты от остальной программы. Сокрытие данных называется инкапсуляцией.
Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности — для этого требуется наличие наследования.
Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере объектным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм; то есть возможность объектов с одинаковой спецификацией иметь различную реализацию.
Основные понятия:
Абстрагирование — это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция — это набор всех таких характеристик.
Инкапсуляция — это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними в классе, и скрыть детали реализации от пользователя.
Наследование — это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником или производным классом.
Полиморфизм — это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.
Класс является описываемой на языке терминологии (пространства имён) исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект — это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.
Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение).
Прототип — это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка.
Основные принципы ООП:
Всё является объектом.
Вычисления осуществляются путём взаимодействия (обмена данными) между объектами, при котором один объект требует, чтобы другой объект выполнил некоторое действие. Объекты взаимодействуют, посылая и получая сообщения. Сообщение — это запрос на выполнение действия, дополненный набором аргументов, которые могут понадобиться при выполнении действия.
Каждый объект имеет независимую память, которая состоит из других объектов.
Каждый объект является представителем класса, который выражает общие свойства объектов (таких, как целые числа или списки).
В классе задаётся поведение (функциональность) объекта. Тем самым все объекты, которые являются экземплярами одного класса, могут выполнять одни и те же действия.
Классы организованы в единую древовидную структуру с общим корнем, называемую иерархией наследования. Память и поведение, связанное с экземплярами определённого класса, автоматически доступны любому классу, расположенному ниже в иерархическом дереве.
Обязательный набор синтаксических средств:
Объявление классов с полями (данными — членами класса) и методами (функциями — членами класса).
Механизм расширения класса (наследования) — порождение нового класса от существующего с автоматическим включением всех особенностей реализации класса-предка в состав класса-потомка. Большинство ООП-языков поддерживают только единичное наследование.
Полиморфные переменные и параметры функций (методов), позволяющие присваивать одной и той же переменной экземпляры различных классов.
Полиморфное поведение экземпляров классов за счёт использования виртуальных методов. В некоторых ООП-языках все методы классов являются виртуальными.
Минимальный набор синтаксических средств:
Конструкторы, деструкторы, финализаторы.
Свойства (аксессоры).
Индексаторы.
Интерфейсы (например, в Java используются также как альтернатива множественному наследованию — любой класс может реализовать сколько угодно интерфейсов).
Переопределение операторов для классов.
Средства защиты внутренней структуры классов от несанкционированного использования извне. Обычно это модификаторы доступа к полям и методам, типа public, private, обычно также protected, иногда некоторые другие.
Структу́рное программи́рование — методология разработки программного обеспечения, в основе которой лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков. Предложена в 70-х годах XX века Э. Дейкстрой, разработана и дополнена Н. Виртом.
Перечислим некоторые достоинства структурного программирования:
Структурное программирование позволяет значительно сократить число вариантов построения программы по одной и той же спецификации, что значительно снижает сложность программы и, что ещё важнее, облегчает понимание её другими разработчиками.
В структурированных программах логически связанные операторы находятся визуально ближе, а слабо связанные — дальше, что позволяет обходиться без блок-схем и других графических форм изображения алгоритмов (по сути, сама программа является собственной блок-схемой).
Сильно упрощается процесс тестирования и отладки структурированных программ.
В соответствии с данной методологией
Любая программа представляет собой структуру, построенную из трёх типов базовых конструкций:
последовательное исполнение — однократное выполнение операций в том порядке, в котором они записаны в тексте программы;
ветвление — однократное выполнение одной из двух или более операций, в зависимости от выполнения некоторого заданного условия;
цикл — многократное исполнение одной и той же операции до тех пор, пока выполняется некоторое заданное условие (условие продолжения цикла).
В программе базовые конструкции могут быть вложены друг в друга произвольным образом, но никаких других средств управления последовательностью выполнения операций не предусматривается.
Повторяющиеся фрагменты программы (либо не повторяющиеся, но представляющие собой логически целостные вычислительные блоки) могут оформляться в виде т. н. подпрограмм (процедур или функций). В этом случае в тексте основной программы, вместо помещённого в подпрограмму фрагмента, вставляется инструкция вызова подпрограммы. При выполнении такой инструкции выполняется вызванная подпрограмма, после чего исполнение программы продолжается с инструкции, следующей за командой вызова подпрограммы.
Разработка программы ведётся пошагово, методом «сверху вниз».
Сначала пишется текст основной программы, в котором, вместо каждого связного логического фрагмента текста, вставляется вызов подпрограммы, которая будет выполнять этот фрагмент. Вместо настоящих, работающих подпрограмм, в программу вставляются «заглушки», которые ничего не делают. Полученная программа проверяется и отлаживается. После того, как программист убедится, что подпрограммы вызываются в правильной последовательности (то есть общая структура программы верна), подпрограммы-заглушки последовательно заменяются на реально работающие, причём разработка каждой подпрограммы ведётся тем же методом, что и основной программы. Разработка заканчивается тогда, когда не останется ни одной «затычки», которая не была бы удалена. Такая последовательность гарантирует, что на каждом этапе разработки программист одновременно имеет дело с обозримым и понятным ему множеством фрагментов, и может быть уверен, что общая структура всех более высоких уровней программы верна. При сопровождении и внесении изменений в программу выясняется, в какие именно процедуры нужно внести изменения, и они вносятся, не затрагивая части программы, непосредственно не связанные с ними. Это позволяет гарантировать, что при внесении изменений и исправлении ошибок не выйдет из строя какая-то часть программы, находящаяся в данный момент вне зоны внимания программиста.
Любую схему алгоритма можно представить в виде композиции вложенных блоков begin и end, условных операторов if, then, else, циклов с предусловием (while) и может быть дополнительных логических переменных (флагов). Эта теорема была сформулирована итальянскими математиками К. Бомом и Дж. Якопини в 1966 году и говорит нам о том, как можно избежать использования оператора перехода goto.