來歷
Pascal是最早出現的結構化程式語言,具有豐富的數據類型和簡潔靈活的操作語句,適於描述數值和非數值的問題。
正因為上述特點,Pascal語言可以被方便地用於描述各種算法與數據結構。尤其是對於程式設計的初學者,Pascal語言有益於培養良好的程式設計風格和習慣。IOI(國際奧林匹克信息學競賽)把Pascal語言作為三種程式設計語言之一,NOI(全國奧林匹克信息學競賽)把Pascal語言定為唯一提倡的程式設計語言,在大學中Pascal語言也常常被用作學習數據結構與算法的教學語言。
發展
在Pascal問世以來的三十餘年間,先後產生了適合於不同機型的各種各樣版本。其中影響最大的莫過於Turbo Pascal系列軟體。它是由美國Borland公司設計、研製的一種適用於微機的Pascal編譯系統。該編譯系統由1983年推出1.0版本發展到1992年推出的7.0版本,其版本不斷更新,而功能更趨完善。
Turbo Pascal語言是編譯型程式語言,它提供了一個集成環境的工作系統,集編輯、編譯、運行、調試等多功能於一體
Pascal有5個主要的版本,分別是Unextended Pascal、Extended Pascal、Object-Oriented Extensions to Pascal、Borland Pascal和Delphi Object Pascal。其中,Unextended Pascal、Extended Pascal和Object-Oriented Extensions to Pascal是由Pascal標準委員會所創立和維護的,Unextended Pascal類似於瑞士Niklaus Wirth教授和K.Jensen於1974年聯名發表的Pascal用戶手冊和報告,而Extended Pascal則是在其基礎上進行了擴展,加入了許多新的特性,它們都屬於正式的Pascal標準;Object-Oriented Extensions to Pascal是由Pascal標準委員會發表的一份技術報告,在Extended Pascal的基礎上增加了一些用以支持面向對象程式設計的特性,但它屬於非正式的標準。Borland Pascal和Delphi Object Pascal是由Borland公司專門為其開發的編譯工具設計的Pascal語言,前者是用於DOS的Turbo Pascal系列和Windows 3.x的Turbo Pascal for Windows的傳統高級語言,後者是用於Windows的Delphi和Linux的Kylix的面向對象程式設計語言,它們都不是正式的Pascal標準,具有專利性。但由於Turbo Pascal系列和Delphi功能強大並且廣為流行,Borland Pascal和Delphi Object Pascal已自成為一種標準,為許多人所熟悉。
影響
高級語言發展過程中,PASCAL是一個重要的里程碑。PASCAL語言是第一個系統地體現了E.W.Dijkstra和C.A.R.Hoare定義的結構化程式設計概念的語言。1971年,瑞士聯邦技術學院尼克勞斯·沃爾斯(N.Wirth)教授發明了另一種簡單明晰的電腦語言,這就是以電腦先驅帕斯卡的名字命名的PASCAL語言。PASCAL語言語法嚴謹,層次分明,程式易寫,具有很強的可讀性,是第一個結構化的程式語言。它一出世就受到廣泛歡迎,迅速地從歐洲傳到美國。沃爾斯一生還寫作了大量有關程式設計、算法和數據結構的著作,因此,他獲得了1984年度“圖靈獎”。
套用
在中國的信息學奧林匹克競賽中,過去比較常用的Pascal編程工具是Turbo Pascal,20世紀Freepascal普及。Turbo Pascal是DOS下的一種16位編程工具,在Delphi出現之前,它是世界上最多人使用的Pascal編程工具,擁有編譯速度極快的先進編譯器和功能強大而又簡便易用的集成開發環境(IDE),在微機程式設計師中廣為流行,正是它的出現奠定了Pascal在DOS/Windows平台上不可動搖的根基,20世紀常見的版本有Turbo Pascal 5.5、Turbo Pascal 6.0和Borland Turbo Pascal with Objects 7.0。Turbo Pascal 6.0與Turbo Pascal 5.5相比,主要是IDE更為強大,而其程式設計功能改變不大,只是增加了一些新的功能,例如可以內嵌asm彙編語句等。而Borland Turbo Pascal with Objects 7.0(簡稱Borland Pascal 7.0)則有了新的飛躍,首先是IDE進一步加強,提供了程式瀏覽器,然後是程式設計功能有了很大的提升,新增了一些十分有用的標準子程式,支持比較完善的面向對象程式設計功能,並提供了DOS實模式、DOS保護模式和Windows模式三種程式編譯模式,能夠編寫出可以使用擴充記憶體(XMS)的保護模式應用程式或者在Windows 3.x下運行的Windows程式,另外還提供了一個對象視窗庫(OWL),使用它可以快速的開發出具有一致的視窗界面(DOS或Windows 3.x)的應用程式。Borland Pascal 7.0在1992年推出,是Turbo Pascal系列在DOS下的最後版本。
下面列出Turbo Pascal的編年史:
1983 Turbo Pascal 1.0
Turbo Pascal 2.0
Turbo-87 Pascal 提高實數運算速度並擴大值域
1985 Turbo Pascal 3.0 增加圖形功能
Turbo BCD Pascal 特別適合套用於商業
1987 Turbo Pascal 4.0 提供集成開發環境(IDE),引入單元概念
1988 Turbo Pascal 5.0 增加調試功能
1989 Turbo Pascal 5.5 支持面向對象的程式設計(OPP)
1990 Turbo Pascal 6.0 提供面向對象的套用框架和庫(Turbo Vision)
1992 Turbo Pascal 7.0 面向對象的套用系統、更完善的IDE
Turbo Vision 2.0
1993 Borland Pascal 7.0 開發 Object Windows庫
(For Windows) 提供對OLE多媒體套用開發的支持
1995 Delphi Visual Pascal
20世紀,隨著Turbo Pascal逐漸被淘汰,全國信息學奧林匹克競賽決賽(NOI)和國際信息學奧林匹克競賽(IOI)已經指定Free Pascal為比賽使用的Pascal編程工具。Free Pascal是由一個國際組織開發的32位Pascal編程工具,屬於共享軟體,可用於各種作業系統。根據編譯選項的不同,它可以使用Borland Pascal兼容語法、Delphi 2 Object Pascal語法或者其它語法進行編寫程式。由於它擁有32位的編譯器,所以理論記憶體達到了4GB,而且一直在更新發展中,因此它的功能比Borland Pascal更加強大,擁有許多現代程式設計的特徵,但同時也很不成熟,存在很多漏洞。Free Pascal正處於發展初期,相應的函式館十分少,對程式設計師的吸引力遠比不上擁有VCL和CLX的Delphi和Kylix,但是它的這些不同於Turbo Pascal的特徵使聯賽選手們需要改進自己的算法(簡單地說就是時間換空間)。
Pascal競賽的輔導用書有很多,最經典的有《全國青少年信息學奧林匹克聯賽培訓教材》。
運用
Turbo Pascal系列軟體作為開發系統軟體與就任軟體及實施科學計算和教學的有力工具,下發揮著越來越大的作用。也是國際和全國青少年信息學奧林匹克競賽指定的語言之一。從歷屆信息學競賽的情況看,它是最能出成績和選手最歡迎的語言。以後的例子就以Turbo Pascal 7.0進行程式設計。
下面我們就以一個實例來看一看Pascal程式的結構,從中認識到Pascal語言程式的書寫方式,以及其規範的標準設計方式。
例1:輸入一個圓的半徑,求出其圓周長。
設圓的半徑為R,周長為L,我們知道公式如下:
L=2πR
它的Pascal程式如下:
program yzhch( input, output) ; {程式首部}
const {常量說明}
pi=3.14159
var {變數說明}
l,r:real;
begin {程式開始}
readln(r); {輸入半徑}
l:=2*pi*r; {計圓周長}
writeln('l=",l); {輸出圓周長}
end. {結束程式}
從以上簡單的例子可以看出,Turbo Pascal程式是由程式首部、程式說明部分和程式執行部分組成。具體如下所示:
program 程式名; {程式首部}
說明部分 {說明部分}
begin {程式開始}
語句1; {執行語句}
語句2; {執行語句}
…… {執行語句}
end. {結束程式}
上面程式由如下兩部分組成:
1、程式首部
程式首部是程式的開頭部分,由保留字program後,接程式名及程式參數表組成,結束時一定要有分號。程式名yzhch是用戶自己定義的標識符,參數表一般是檔案變數名,用於該程式與外界的數據交流。最常用的參數為input和output。Turbo Pascal程式首部中參數表可以省略。
2、程式說明部分
Pascal語言要求用戶將在程式中所使用的標號、常量、類型、變數、記錄、檔案、以及過程和函式除了Pascal自己預先定義的標準量之外,都必須在說明部分說明後才能在程式執行部分使用。但各個內容部分是可選的,只有執行程式部分需要的時候才進行說明。
3、程式執行部分
緊接著說明部分的begin和end之間的部分為程式的執行部分。它由一系列語句組成,一條語句執行一定的功能,所有語句完成程式設計的任務。語句之間用“;”隔開,允許一行寫多個語句,也允許一個語句寫多行。最後一行的end後加“.”號表示結束。所跟其後的語句將無任何作用。Begin與end應配對出現,這是每一個Turbo Pascal程式都必須的。
注意:後面將學習到的語句中,也需要引用begin和end作為程式段的分隔標記,但其必須遵守語句規則。
數據類型、常量的變數
一、數據類型的概念
計算機處理數據對象是一個廣義的概念。例如,125、12.76是數據,’xiang qj zhong’這一串字元也是數據。前者是數值數據,後者是字元串數據,是非數值數據。顯然,為了表示這些數據,它們在記憶體中必須以不同方式存放。為處理這些數據,計算機對它們施加的運算也不同。為此,Turbo Pascal語言建立了數據類型的概念,對描述的數據進行分類。每一種數據類型定義了一個具有相同性質的數據集合。各種數據類型的數據具有不同的性質。程式中所用到的每一個數據,包括常量和變數都有一個和它相聯繫的類型。由此決定了數據所具有的值,也決定了對該數據所能進行的操作。
Turbo Pascal語言中數據具有豐富的類型,按它們的特點可以分為簡單類型、構造類型、指針類型和過程類型四大類,如圖下所示。
其中,標準類型用語言系統預先定義的標準標識符表示,整型用integer表示,實型用real表示,布爾型用boolean表示,字元型用char表示。
二、常量
常量是指在程式中使用的一些具體的整型數、實型數和字元串。
(1)整型數:如9、3、-5、0等。
(2)實型數:如3·1、-6.1E+20等。
(3)字元串:是用單引號括起來的一串字元,如,’book’、’96·5’、’ABC’等。
以上列舉的都可以作為常量在程式中使用。為了提高程式的可讀性並使程式便於修改,在程式中往往用一些標識符來代表具體的常量。
在Turbo Pascal語言中,可以給一些常量取個名字用一個標識符代表它,這就是常量定義。例如,Cost=60;Blank=’ ’。
經常量定義的標識符又稱為常量標識符。
在Turbo Pascal語言中,常量定義要寫在常量定義部分中。
常量定義部分的一般形式:
Const
(常量標識符1)= (常量1);
(常量標識符2)=(常量2);
(常量標識符n)=(常量n);
Const是保留字,表示開始一個常量定義部分,其後可以有若干個常量定義,這些
常量定義之間要用“;”號分隔。例如:
Const
Cost=60;
A=Cost+30;
Pi =3.14159;
Turbo Pascal語言對常量定義有如下要求:
(1)常量定義要放在程式的常量定義部分,即程式首部之後,執行部分之前。
(2)必須遵循先定義後使用的原則,即只有已經定義的常量標識符,才能在程式中
使用。
三、變數
在程式執行過程中其值可以改變的數據,稱為變數。每個變數都要有一個名稱,這就是變數名。變數名由用戶自己定義,但必須符合標識符的規定。
在一個程式中,一個變數只能屬於一種確定的數據類型。因此,程式中出現的每個變數都必須說明其數據類型,這樣就規定了該變數的取值範圍,也決定了對該變數所能執行的運算操作。
變數的類型,可以是標準數據類型integer、real、boolean和char,也可以是用戶自定義的各種類型。
變數說明形式是:一個變數標識符或由逗號隔開的多個變數標識符在它的冒號":"後面說明其數據類型。
在Turbo Pascal程式中,變數說明要寫在變數說明部分中。
變數說明部分的一般形式:
var
(變數說明1);
(變數說明2);
……(變數說明n);
其中var是保留字,表示一個變數說明部分開始。一個var可以含有多個不同的變數說明,每個變數說明之間用分號隔開,有時稱被分號隔開的變數說明為變數說明項。例如:
var
x,y:real;
chl:char;
t,f:boolean;
注意:不同類型的變數一般不能互相串用。
這裡還應指出,變數一經說明系統就在計算機記憶體中為其分配一個存貯空間。在程式中使用到變數時,就在相應的記憶體中存入數據或取出數據,這種操作稱為變數的訪問。
標準數據類型
Pascal向程式設計者提供了豐富的數據類型,它們用於專門的目的,但卻都是由簡單的、非構造型的數據類型所構成的。本節介紹Turbo Pascal中最為基本的幾種數據類型:整型、實型、布爾型和字元型。它們都是系統定義的簡單數據類型,稱為標準數據類型,其對應的名字稱為標準標識符。
1、整型
一個整型數據用來存放整數,整型數據可以是正整數、負整數和整數零。
Turbo Pascal中的整型常數必須按規定嚴格書寫。
Turbo Pascal支持五種預定義整型,它們是短整型(Shortint)、整型(Integer)、長整型(Longint)、位元組型(Byte)和字類型(Word),每一種類型規定了相應的整數取值範圍以及所占記憶體位元組數(一個位元組為8個二進制位)。因此,用戶在具體編程定義變數類型時,要根據它們的特點選用適當的類型,以達到理想的效果。當兩個不同範圍類型的運算元進行運算時,得到的結果屬於較大範圍的類型。如下表所示。
Turbo Pascal語言規定可以對整型數據進行算術運算符+、一、*、Div(取商)、Mod。
它們分別表示加、減、乘、整除和取余。這五種運算,要求參加運算的兩個數都是整型數,運算結果也是整型數。前三種運算與一般的算術運算加、減、乘相同。Div整除運算,是兩個整型數相除取整數部分(商的整數部分),得到整型結果。Mod取余運算,是兩個整型數相除取餘數,餘數的符號與被除數符號相同。例如:
3 Div 2 = 1 5 Div 7 = 0
6 Div (-4) = - 1 (-12) Div (-5) = 2
7 Mod 4 = 3 (14) Mod (-4) = 2
(-18) Mod (-6) = 0 6 Mod l7 = 6
由此可見,a Mod b,所得結果的符號與a相同,其值(絕對值)在0~∣b∣-1之間。運算符Mod與Div之間有如下關係:
a Mod b = a – (a Div b) * b (b0)
其中Mod運算的結果的符號與a的符號相同。
利用以上兩種運算可以對正整數進行分離。例如:
n為四位數8531,可用下法分離出它的個、十、百、千位。
8531 Mod l0 = 1 (個位數)
(8531 Mod l00) Div l0 = 3 (十位數)
(8531 Mod l000) Div l00 = 5 (百位數)
8531 Div l000 = 8 (千位數)
利用 a Mod b可以判斷a能否被b整除。當a Mod b = 0時,a能被b整除。
2、實型
一個實型數據用來存放實數。實型數據可以是正實數、負實數和實數零。實型數據一般用小數或指數形式(亦稱科學表示法)表示。例如:
+1993,33,3.5E+8(=3.5×105), -0.5E-3(=-0.5×10-3,),-20.0,,0.0等都是合法實型數。
Turbo Pascal支持一種預定義實型,它們是基本實型(Real)、單精度實型(Single)、雙精度實型(Double)、擴展實型(Extended)和裝配實型(Comp)。每一種類型規定了相應的實數取值範圍和所占記憶體位元組數,以及它們所能達到的精度,即有效數字位數。因此,用戶在具體編程時應根據以上的參數適當選用,以達到最佳效果。如下表所示。
對於此類實型數據,若其絕對值大於上界,則產生上溢;絕對值小於下界,則產生下溢,下溢導致結果為0。Comp類型的取值範圍是-263+1~238-1之間的整數,相當於十進制的-9.218~9.218。由於Comp類型的數據表示成二進制形式的數,這種類型的變數有時處理起來比較方便,特別對於數值很大的整數間的計算,這種數據類型很有用。
Turbo Pascal語言允許實型數使用下列運算符進行運算。
運算符:+、-、*、/
分別表示加、減、乘和除。其中"/"叫實數除,即使兩個整型數相除,其結果也總是實型,如: 7/2=3.5 6/3=2.0
3、字元型
用標準標識符Char標明字元型。字元型數據可以是字母、符號、數字(0-9)等ASCII碼的所有字元。Turbo Pascal支持擴展ASCII碼,共包括256個字元。但非印刷字元是不能在標準顯示上顯示或列印輸出。在計算機內部,字元集的元素是以該元素在字元集內的順序位置來標記的,位置取值範圍為0~255,我們稱這些整數為字元在字元集內的序數值或序號。每個字元型數據在記憶體中占一個位元組。將字元用單引號括起來,即成字元常數,如,’X’,’7’,’?’。字元常數可按字元的序數值確定大小關係,也就是說它們的大小由它們所對應的ASCII碼值決定,如:’Y’,’Z’,’A’