Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Паскаль (язык программирования)
Материал из https://ru.wikipedia.org

Паскаль (англ. Pascal) — один из наиболее известных языков программирования[6], используется для обучения программированию в старших классах и на первых курсах вузов, является основой для ряда других языков.

Содержание

История

Язык программирования Pascal был создан в 1970 году на основе языка Алгол-60[7].

Pascal создавался Никлаусом Виртом в 1968—1969 годах после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68. Язык назван в честь французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля, который создал одну из первых в мире механических машин, складывающую два числа. Первая публикация Вирта о языке датирована 1970 годом; представляя язык, автор в качестве цели его создания указывал построение небольшого и эффективного языка, способствующего хорошему стилю программирования, использующему структурное программирование и структурированные данные.[источник не указан 1224 дня]

Последующая работа Вирта была направлена на создание на основе Паскаля языка системного программирования с сохранением возможности вести на его базе систематический, целостный курс обучения профессиональному программированию: «The guiding idea was to construct a genuine successor of Pascal meeting the requirements of system engineering, yet also to satisfy my teacher’s urge to present a systematic, consistent, appealing, and teachable framework for professional programming.». Результатом этой работы стал язык Модула-2, после которого Вирт занялся разработкой объектно-ориентированного языка программирования Oberon на основе всех предыдущих разработок[7].

Одной из целей создания языка Паскаль Никлаус Вирт считал обучение студентов структурному программированию. До сих пор Паскаль заслуженно считается одним из лучших языков для начального обучения программированию. Его современные модификации, такие как Object Pascal, широко используются в коммерческом программировании (среда Delphi). Также на основе синтаксиса языка Паскаль создан язык программирования Structured Text (ST) или Structured Control Language (SCL) для программируемых логических контроллеров.

К 1990-м годам Pascal стал одним из наиболее распространённых в мире алгоритмических языков программирования. Ведущие разработчики программного обеспечения регулярно выпускали новые версии своих компиляторов для этого языка. Популярные компиляторы того времени: Turbo Pascal (разработан компанией Borland), Microsoft Pascal Compiler, Quick Pascal, Pascal-2, Professional Pascal, USCD Pascal[8].

Реализации и диалекты

Язык Pascal имеет много реализаций[9].

UCSD Pascal

В 1978 году в Калифорнийском университете в Сан-Диего была разработана система UCSD p-System, включавшая порт компилятора Вирта с языка Паскаль в переносимый p-код, редактор исходных кодов, файловую систему и прочее[10], а также реализовывавшая значительное число расширений языка Паскаль, такие как модули, строки символов переменной длины, директивы трансляции, обработка ошибок ввода-вывода, обращение к файлам по именам и другое. Впоследствии основные реализации языка Паскаль основывались на этом диалекте.

Object Pascal

В 1986 году фирма Apple разработала объектное расширение языка Паскаль, получив в результате Object Pascal. Он был разработан группой Ларри Теслера, который консультировался с Никлаусом Виртом.

Turbo Pascal и Object Pascal

В 1983 году появилась первая версия интегрированной среды разработки Turbo Pascal фирмы Borland, основывавшаяся на одноимённой реализации Паскаля.

В 1989 году объектное расширение языка было добавлено в Turbo Pascal версии 5.5.

Последняя версия (7.0) была переименована в Borland Pascal.

Объектные средства были позаимствованы из Object Pascal от Apple, языковые различия между объектным Turbo Pascal 5.5 и Object Pascal от Apple крайне незначительны.

Почти в то же самое время, что и Borland, Microsoft выпустил свою версию объектно-ориентированного языка Паскаль.[11][12] Эта версия Паскаля не получила широкого распространения.

Дальнейшее развитие реализации Паскаля от Borland породило вариант Object Pascal от Borland, впоследствии, в ходе развития среды программирования Delphi, получивший одноимённое название.

MidletPascal

Современные реализации Pascal

Важным шагом в развитии языка является появление свободных реализаций языка Паскаль Free Pascal и GNU Pascal, которые не только вобрали в себя черты множества других диалектов языка, но и обеспечили чрезвычайно широкую переносимость написанных на нём программ (например GNU Pascal поддерживает более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами, Free Pascal обеспечивает специальные режимы совместимости с различными распространёнными диалектами языка, такими как Turbo Pascal (полная совместимость), Delphi и другими).

Delphi - реализация языка Object Pascal, используемая в среде разработки Embarcadero Delphi. Delphi.NET - реализация языка Delphi, ориентированная на разработку приложений для платформы Microsoft.Net.

B Южном федеральном университете разработан PascalABC.NET — язык программирования Паскаль, включающий большинство возможностей языка Delphi, а также ряд собственных расширений. Он основан на платформе Microsoft.NET и содержит практически все современные языковые средства: классы, перегрузку операций, интерфейсы, обработку исключений, обобщённые классы и подпрограммы, сборку мусора, лямбда-выражения.

Pascal Next – компилируемый, типизированный, алгоритмический, универсальный язык программирования и среда разработки, ориентированные на решение задачи обучения основам программирования. В основе синтаксиса языка Pascal Next лежит синтаксис "классического" Паскаля Вирта. В то же время, синтаксис инструкций выбора и циклов заимствован из Basic, что позволило отказаться от избыточных begin.

Особенности языка

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Вирта, язык должен способствовать дисциплинированному программированию, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.

Тем не менее, первоначально язык имел ряд ограничений: невозможность передачи функциям массивов переменной длины, отсутствие нормальных средств работы с динамической памятью, ограниченная библиотека ввода-вывода, отсутствие средств для подключения функций, написанных на других языках, отсутствие средств раздельной компиляции и т. п. Подробный разбор недостатков языка Паскаль того времени был выполнен Брайаном Керниганом в статье «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования»[13] (эта статья вышла в начале 1980-х, когда уже существовал язык Модула-2, потомок Паскаля, избавленный от большинства его пороков, а также более развитые диалекты Паскаля). Некоторые недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров.

Однако многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 1970-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. К 1980-м годам Паскаль стал основой для многочисленных учебных программ, в отдельных случаях на его основе были созданы специализированные обучающие языки программирования, так, в начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники Андрей Ершов разработал алголо-паскалеподобный «учебный алгоритмический язык».

Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившей широкое распространение и развитие языка, является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшая затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой были внедрены значительные расширения языка.

Стандарты

После начала использования Паскаля в 1970 году и появления реализаций, расходящихся не только в дополнениях, но и в синтаксисе, был поднят вопрос о стандартизации языка. Стандарт языка был разработан Никлаусом Виртом в 1974 году совместно с Кетлин Йенсен (Kathleen Jensen).[14] В дальнейшем были приняты международный стандарт ISO и американский ANSI. На данный момент выделяют три принципиально разных стандарта: Unextended Pascal (исходный), Extended Pascal (расширенный), Object-Oriented Extensions to Pascal (объектно-ориентированное расширение Паскаля).
Стандарты языка Pascal: исходный, международные ISO и американские ANSI
Название Вариант Кем/где разработан Год создания
Pascal Standard исходный Н. Вирт, Кетлин Йенсен 1974
Pascal Standard исходный ISO 7185:1983
ANSI/IEEE 770X3.97:1983
1982
Unextended Pascal исходный ISO 7185:1990 1989
Extended Pascal расширенный ANSI/IEEE 770X3.160:1989 1989
ISO/IEC 10206 1991
Object-Oriented
Extensions to Pascal[15]
объектно-ориентированное расширение ANSI/X3-TR-13:1994 1993


Одним из главных дополнительных свойств объектно-ориентированного расширения Extended Pascal стала модульность и средства, облегчающие раздельную компиляцию.

Стандартизация языка была запаздывающей по отношению к реальному появлению в языке тех или иных возможностей. Коммерческие реализации расширяли стандартный Паскаль; так было сделано в UCSD Pascal, модификации Object Pascal фирмой Apple, Turbo Pascal от Borland (незначительно модифицированная версия Apple) и его ответвлений. Ни одна из распространённых коммерческих реализаций Паскаля не соответствует в точности ни одному из официальных стандартов языка.

Синтаксис и языковые конструкции

Паскаль, в его первоначальном виде, представляет собой чисто процедурный язык и включает в себя множество алголоподобных структур и конструкций с зарезервированными словами наподобие if, then, else, while, for, repeat и т. д. Тем не менее, Паскаль также содержит большое количество возможностей для структурирования информации и абстракций, которые отсутствуют в изначальном Алголе-60, такие как определение типов, записи, указатели, перечисления, и множества. Эти конструкции были частично унаследованы или инспирированы от языков Симула-67, Алгол-68

В современных диалектах (Delphi Pascal, Free Pascal) доступны такие операции, как перегрузка операторов и функций.

Hello, world!

Программы на Паскале начинаются с ключевого слова Program и следующего за ним имени программы с точкой с запятой (в некоторых диалектах является необязательным), за именем может в скобках следовать список внешних файловых дескрипторов («окружение») в качестве параметров; за ним следует тело программы, состоящее из секций описания констант (Const), типов (Type), переменных (Var), объявлений процедур (Procedure) и функций (Function) и следующего за ними блока операторов, являющегося точкой входа в программу. В языке Паскаль блок ограничивается ключевыми словами begin и end. Операторы разделяются точками с запятой, после тела помещается точка, служащая признаком конца программы.

Регистр символов в Паскале не имеет значения.

Таким образом, простейшая («пустая») программа на Паскале будет выглядеть следующим образом:
program p;
begin
end.


Приведённая выше программа не выполняет никаких действий и содержит пустой блок операторов.

Пример программы, выводящей строку «Hello, world!»:
program hello;
begin
  writeln('Hello, World!');  // оператор вывода строки 
end.


Типы данных

В стандартном и расширенном Паскале есть такие простые типы: числа с плавающей запятой (real), целые (integer), символьный (char), логический (boolean) и перечисления (конструктор нового типа, введённый в Pascal).

Turbo Pascal дополнил язык вариациями этих типов: например, shortint будет короче integer, а longint — длиннее.

Современные диалекты Pascal, такие, как FPC или Delphi, считают, что integer — это наиболее подходящий для данной машины целый, применяемый, например, для индексов массива, а shortint, longint и другие — целые определённой длины; это удобно при кроссплатформенном программировании. Аналогично и с дробными числами.

Ещё раз расширили типы при переходе на x64 — «просто целое» (integer) осталось 32-битным, но потребовался особый тип, который равен longint на x86 и int64 на x64.

Целочисленные типы:
Тип Диапазон Формат Размер в байтах Примечания
Byte 0..255 Беззнаковый 1
ShortInt 128..127 Знаковый 1
SmallInt 32768..32767 Знаковый 2 Может не существовать; вместо него Integer с тем же диапазоном
Word 0..65535 Беззнаковый 2
LongWord 0..4294967295 Беззнаковый 4
LongInt 2147483648..2147483647 Знаковый 4
Int64 9223372036854775808..9223372036854775807 Знаковый 8
QWord 0..18446744073709551615 Беззнаковый 8
Integer -32768..32767. Знаковый 2 или 4 Наиболее быстрый целый; SmallInt или LongInt
Cardinal ? Беззнаковый ? Наиболее быстрый целый; обычно LongWord
NativeInt ? Знаковый ? Соответствует машинному регистру; LongInt или Int64
NativeUInt ? Беззнаковый ? Соответствует машинному регистру; LongWord или QWord


Числа с плавающей запятой:
Тип Диапазон Кол-во значащих цифр Размер в байтах Поддержка
Real зависит от платформы ??? ??? Все компиляторы; на современных обычно эквивалентен Double
Real48 2.9E39..1.7E38 1112 6 Borland; в Turbo Pascal назывался Real; не использует сопроцессора и потому результат повторяем до бита
Single 1.5E45..3.4E38 78 4 Большинство вариантов под IEEE 754-совместимые машины
Double 5.0E324..1.7E308 1516 8 Большинство вариантов под IEEE 754-совместимые машины
Extended 3.4E4951..1.1E4932 1920 10 Большинство вариантов под x86
Comp 9223372036854775808..9223372036854775807 8 Borland; рассчитываемое на сопроцессоре 8-байтовое целое; актуально для 16-битного x86
Currency 922337203685477.5808..922337203685477.5807 8 Borland и другие компиляторы под Windows; связано с OLE; фиксированная запятая с единицей, равной 10000
var { секция объявления переменных }
  r: Real;  { переменная вещественного типа }
  i: Integer;  { переменная целого типа }
  c: Char;  { переменная-символ }
  b: Boolean;  { логическая переменная }
  s: String; { переменная строки }
  t: Text; { переменная для объявления текстового файла }
  e: (apple, pear, banana, orange, lemon);  { переменная типа-перечисления }


В Pascal над целыми типами (byte, shortint, word, integer, longint и их диапазоны) допустимы побитовые операции. Логические операции над битами:

Над битами двух целых операндов можно выполнять ранее рассмотренные логические операции: not, and, or, xor. Отличие между побитовыми и логическими операциями состоит в том, что побитовые (поразрядные) операции выполняются над отдельными битами операндов, а не над их значением в десятичном (обычно) представлении.

Выделяется понятие порядковых типов данных (ordinal), к ним относятся целые типы (знаковые и беззнаковые), логический (boolean), символьный (char), перечислимые типы и типы-диапазоны.

Порядковые типы задаются целым числом (кодом), которое можно получить с помощью функции ord. Все операции, выполняемые над порядковыми типами, выполняются с их кодами.

Диапазоны содержат подмножество значений других порядковых типов:
var
  x: 1..10;
  y: 'a'..'z';
  z: pear..orange;


Для порядковых типов определены операции inc, dec, succ, pred, ord, операции сравнения (= > < => <= <>), их можно использовать в операторах case, for (как счётчик цикла), как границы массивов, для задания элементов множеств и типов-диапазонов.

В Pascal, в отличие от Си-подобных языков, с типами boolean и char арифметические целочисленные операции не определены.

В отличие от многих распространённых языков, Pascal поддерживает специальный тип данных множество:
var
  set1: set of 1..10;
  set2: set of 'a'..'z';
  set3: set of pear..orange;


Множество — фундаментальное понятие в современной математике, которое может быть использовано во многих алгоритмах.

В паскале тип множество может содержать только однотипные элементы порядкового типа. Эта особенность широко используется и обычно быстрее эквивалентной конструкции в языке, не поддерживающем множества. К примеру, для большинства компиляторов Паскаля:
if i in [5..10] then { проверка на принадлежность элемента множеству }
...


обработается быстрее, чем
if (i>=5) and (i<=10) then { проверка логическими условиями }
...


Для задания значения множества используется список элементов множества, отделённых запятыми и заключённый в квадратные скобки (как уже было показано выше):
var { секция объявления переменных }
 d:set of char;
begin { начало блока }
 d:=['a','b']; 
...


В Паскале Йенсен и Вирта строки представлялись как упакованные массивы символов; следовательно, они имели фиксированную длину и обычно дополнялись до этой длины пробелами.

Новые типы могут быть определены из существующих:
type { секция объявления типов }
  x = Integer;
  y = x;
...


Более того, из примитивных типов могут быть сконструированы составные:
type { секция объявления типов }
  a = Array [1..10] of Integer;  { определение массива }
  b = record  { определение записи }
        x: Integer;
        y: Char;
      end;
  c = File of a;  { определение файла }


Файловые типы в Паскале делятся на типизированные, текстовые и файлы без типов.

Как показано в вышеприведённом примере, типизированные файлы в Паскале — это последовательности однотипных элементов. Для каждого файла существует переменная-указатель на буфер, которая обозначается f^. Процедуры get (для чтения) и put (для записи) перемещают указатель к следующему элементу. Чтение реализовано так, что read(f, x) представляет собою то же, что и get(f); x:=f^. Соответственно, запись реализована так, что write(f, x) представляет собою то же, что и f^ := x; put(f). Текстовые файлы text определены как расширение типа file of char и помимо стандартных операций над типизированными файлами (чтение, запись символа), позволяют осуществлять символьный ввод-вывод в файл всех типов данных аналогично консольному вводу-выводу.

Файлы без типов объявляются как переменные типа file. С ними можно проводить операции побайтового нетипизированного ввода-вывода по несколько блоков байт указанной длины через буфер, для этого служат специальные процедуры blockread и blockwrite (расширение UCSD).

В современном Паскале[16] для работы со строками используется встроенный тип string, поддерживающий операции конкатенации (+) и сравнения (> < = <> >= <=). Строки сравниваются в лексикографическом порядке. Например, строки считаются равными, если они имеют одинаковую длину и коды всех символов с одинаковыми индексами совпадают.

Тип string [n] или просто string в диалектах языка 1970—1990-х годов определялся в виде массива символов array [0..n] of char (n по умолчанию принимало значение 80 в UCSD Pascal и 255 в Turbo/Borland Pascal), нулевой элемент массива при таком представлении служит для задания длины строки, соответственно строка могла иметь максимальный размер 255 символов. По умолчанию в Delphi и FreePascal в качестве String используется тип AnsiString, память под который выделяется и освобождается компилятором динамически, а максимальный размер строки в текущих реализациях составляет 2 гигабайта. Кроме того, в Delphi и Free Pascal в качестве string может использоваться тип UnicodeString, где применяется 16-битное представление символов в кодировке UCS-2, при этом средства преобразования из однобайтовых строк в многобайтовые и обратно в стандартной библиотеке FPC отсутствуют, но имеются в Delphi.

В Delphi 2009 и выше имеется конструкция для объявления AnsiString с определённой кодовой страницей:
type
  CyrillicString = AnsiString(1251);
  CP866String = AnsiString(20866);


Паскаль поддерживает использование указателей (типизированные ^тип и нетипизированные pointer):
type
  a = ^b;
  b = record
        x: Integer;
        y: Char;
        z: a;
      end;
var
  pointer_to_b:a;


Здесь переменная pointer_to_b — указатель на тип данных b, являющийся записью. Типизированный указатель может быть определён (опережающее определение) перед объявлением типа, на который он ссылается. Это одно из исключений к правилу, которое гласит, что любой элемент (константа, тип, переменная, процедура, функция) должен быть объявлен перед тем, как используется. Введение этого исключения позволяет организовывать рекуррентные определения структур данных, в том числе такие, как линейные списки, стеки, очереди, деревья, включая указатель на запись в описание этой записи (см. также: нулевой указатель — nil).

Для типизированного указателя определена операция разыменования (её синтаксис: указатель^).

Чтобы создать новую запись и присвоить значение 10 и символ A полям x и y в ней, необходимы следующие операторы:
new(pointer_to_b); { выделение памяти указателю }

pointer_to_b^.x := 10; { разыменовывание указателя и обращение к полю записи }
pointer_to_b^.y := 'A';
pointer_to_b^.z := nil;
...
dispose(pointer_to_b); { освобождение памяти из-под указателя }


Для целей обращения к полям записей и объектов можно также использовать оператор with, как показано в примере:
new(pointer_to_b);

with pointer_to_b^ do
begin
  x := 10;
  y := 'A';
  z := nil
end;
...
dispose(pointer_to_b);


В оригинальном языке Паскаль Йенсен и Вирта процедурный тип использовался только при описании формального параметра. Уже в TP существовал полноправный процедурный тип. В объявлении типа ставится заголовок процедуры либо функции (без имени), обобщённо описывающий интерфейс подпрограммы. Значение этого типа содержит указатель на подпрограмму с заголовком, соответствующую описанному в объявлении типа. С помощью идентификатора переменной может происходить вызов соответствующей процедуры или функции.
type myfunc=function:string;

function func1:string;
begin
 func1:='func № 1'
end;

function func2:string;
begin
 func2:='func № 2'
end;

var fun:myfunc;
begin
 fun:=@func1;
 writeln(fun) {происходит вызов функции func1}
end.


Операторы управления

Паскаль — язык структурного программирования, что означает, что программа состоит из выполняющихся последовательно отдельных стандартных операторов, в идеале — без использования команды GOTO.
Downgrade Counter