Модули, файлы и записи

Модули, записи и файлы.



Введение

Целью курсового проектирования является приобретение и закрепление навыков в организации вычислительных процессов и программирования на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ. Основной акцент в работе уделяется рассмотрению модульного программирования, использованию процедур и функций. Кроме того, большое внимание уделяется работе с файлами, подробно рассматриваются функции открытия и закрытия файла. Полученные знания помогут в будущем более эффективно подходить к процессу разработки программного обеспечения. 

Язык программирования Pascal был разработан в 1968—1971 гг. Никлаусом Виртом в Цюрихском Институте информатики (Швейцария). Первоначальная цель разработки языка диктовалась необходимостью инструмента "для обучения программированию как систематической дисциплине". Однако очень скоро обнаружилась чрезвычайная эффективность языка Pascal в самых разнообразных приложениях, от решения небольших задач численного характера до разработки сложных программных систем — компиляторов, баз данных, операционных систем и т.п. К настоящему времени Pascal принадлежит к группе наиболее распространенных и популярных в мире языков программирования. Существуют многочисленные реализации языка практически для всех машинных архитектур; разработаны десятки диалектов и проблемно-ориентированных расширений языка Pascal; обучение программированию и научно-технические публикации в значительной степени базируются на этом языке.

Характеристика и особенности языка. Существует ряд объективных причин, обусловивших выдающийся успех языка Pascal. Среди них в первую очередь необходимо указать следующие:

1. Язык в естественной и элегантной форме отразил важнейшие современные концепции технологии разработки программ: развитая система типов, ориентация на принципы структурного программирования, поддержка процесса пошаговой разработки.

2. Благодаря своей компактности, концептуальной целостности и ортогональности понятий, а также удачному первоначальному описанию, предложенному автором языка, Pascal оказался весьма легок для изучения и освоения. В противоположность громоздким многотомным описаниям таких языков, как PL/I, Cobol, FORTRAN, достаточно полное описание языка Pascal занимает около 30 страниц текста, а его синтаксические правила можно разместить на одной странице.

3. Несмотря на относительную простоту языка, он оказался пригоден для весьма широкого спектра приложений, в том числе для разработки очень больших и сложных программ, например операционных систем.

4. Pascal весьма технологичен для реализации практически для всех, в том числе и нетрадиционных, машинных архитектур. Утверждается, что разработка Pascal-транслятора "почти не превышает по трудоемкости хорошую дипломную работу выпускника вуза". Благодаря этому для многих ЭВМ существует несколько различных реализации языка, отражающих те или иные практические потребности программистов.

Язык Pascal стандартизован во многих странах. В 1983 году был принят международный стандарт (ISO 7185:1983). Готовится (сведения на 1989 год) стандарт СЭВ на Pascal.

Рассмотрим основные особенности языка Pascal.

1. Pascal является традиционным алгоритмическим языком программирования, продолжающим линию Algol-60. Это означает, что программа на языке Pascal представляет собой специально организованную последовательность шагов по преобразованию данных, приводящую к решению некоторой задачи. Это отличает Pascal от так называемых непроцедурных языков типа Prolog, по существу представляющих собой формализмы для записи начальных условий некоторой задачи и синтезирующих решение посредством встроенных механизмов логического вывода.

2. Язык Pascal содержит удобные средства для представления данных. Развитая система типов позволяет адекватно описывать данные, подлежащие обработке, и конструировать структуры данных произвольной сложности. Pascal является типизированным языком, что означает фиксацию типов переменных при их описании, а также строгий контроль преобразований типов и контроль доступа к данным в соответствии с их типом (как на этапе компиляции, так и при исполнении программ).

3. Набор операторов языка Pascal отражает принципы структурного программирования и позволяет записывать достаточно сложные алгоритмы в компактной и элегантной форме.

Pascal является процедурным языком с традиционной блочной структурой и статически определенными областями действия имен. Процедурный механизм сочетает в себе простоту реализации и использования и гибкие средства параметризации.

4. Синтаксис языка достаточно несложен. Программы записываются в свободном формате, что позволяет сделать их наглядными и удобными для изучения.



Модуль

Модуль - это автономно компилируемая программная единица, включающая в себя различные компоненты раздела описаний (типы, константы, переменные, процедуры и функции) и, возможно, некоторые исполняемые операторы инициирующей части. В модулях Turbo PASCAL явным образом выделяется некоторая "видимая" интерфейсная часть, в которой сконцентрированы описания глобальных типов, констант и переменных, а также приводятся заголовки глобальных процедур и функций. Появление объектов в интерфейсной части делает их доступными для других модулей и основной программы. Тела процедур и функций располагаются в исполняемой части модуля, которая может быть скрыта от пользователя. Модули представляют собой прекрасный инструмент для разработки библиотек прикладных программ и мощное средство модельного программирования. Важная особенность модуля заключается в том, что компилятор Turbo PASCAL размещает их программный код в отдельном сегменте. Модуль имеет следующую структуру:

 UNIT <имя>;

 INTERFACE

 <интерфейсная часть>

 IMPLEMENTATION

 <исполняемая часть>

 BEGIN

 <инициирующая часть>

 END.



Здесь UNIT - зарезервированное слово, начинает заголовок 

модуля;

<имя> - имя модуля (должно совпадать с именем файла, в

который помещен модуль); 

IMPLEMENTATION - зарезервированное слово (выполнение), начинает исполняемую часть; BEGIN - зарезервированное слово, начинает инициирующую часть (часть модуля BEGIN <инициирующая часть> необязательна); END - зарезервированное слово, признак конца модуля.

 Заголовок модуля состоит из зарезервированного слова UNIT и следующего за ним имени модуля. Для правильной работы Turbo PASCAL и возможности подключения средств, облегчающих разработку крупных программ, это имя должно совпадать с именем файла, в который помещается исходный текст модуля. Имя модуля служит для его связи с другими модулями и основной программой. Эта связь устанавливается специальным приложением USES <список модулей>. Здесь USES - зарезервированное слово; <список модулей> - список модулей, с которыми устанавливается связь, элементами списка являются имена модулей, отделяемые друг от друга запятыми. Если объявление USES используется, то оно должно открывать раздел описаний основной программы. Модули могут использовать другие модули. Предложение USES в модулях может следовать либо сразу за зарезервированным словом INTERFACE, либо сразу за словом IMPLEMENTATION. Интерфейсная часть открывается зарезервированным словом INTERFACE. В этой части содержатся объявления всех глобальных объектов модуля (типов, констант, переменных и подпрограмм), которые должны стать доступными основной программе и (или) другим модулям. При объявлении глобальных подпрограмм в интерфейсной части указывается только их заголовок. Объявление подпрограмм в интерфейсной части автоматически сопровождается их компиляцией с использованием дальней модели памяти. Таким образом, обеспечивается доступ к подпрограммам из основной программы и других модулей. Порядок появления различных разделов объявлений и их количество может быть произвольным. Исполняемая часть начинается зарезервированным словом IMPLEMEN- TATION и содержит описания подпрограмм, объявленных в интерфейсной части. В ней могут объявляться локальные для модуля объекты - вспомогательные типы, константы, переменные и блоки, а также метки, если они используются в инициирующей части. Описанию подпрограммы, объявленной в интерфейсной части модуля, в исполняемой части должен предшествовать заголовок, в котором можно опускать список формальных переменных (и тип результата для функции), так как они уже описаны в интерфейсной части. Но если заголовок программы приводится в полном виде, т.е., со списком формальных параметров, то он должен совпадать с заголовком, объявленным в интерфейсной части. Инициирующая часть завершает модуль. Она может отсутствовать вместе с начинающим ее словом BEGIN или быть пустой - тогда за BEGIN сразу следует признак конца модуля (слово END и следующая за ним точка). В инициирующей части размещаются исполняемые операторы, содержащие некоторый фрагмент программы. Эти операторы исполняются до передачи управления основной программе и обычно используются для подготовки ее работы. Например, в них могут инициироваться переменные, открываться нужные файлы, могут устанавливаться связи с другими ПК по коммуникационным каналам и т.п. Не рекомендуется делать инициирующую часть пустой, лучше ее опустить: пустая часть содержит пустой оператор, которому будет передано управление при запуске программы.

В среде Turbo PASCAL имеются средства, управляющие способом компиляции модулей и облегчающие разработку крупных программных проектов. В частности, определены три режима компиляции: COMPILE, MAKE и BUILD. Режимы отличаются только способами связи компилируемого модуля и основной программы с другими модулями, объявленными в приложении USES. При компиляции модуля или основной программы в режиме COMPILE компилируется только файл, находящийся в активном окне. По умолчанию предполагается, что используемые модули уже откомпилированы и результаты помещены в одноименные файлы с расширением .TPU; файл с расширением .TPU (от английского Turbo Pаscal Unit) создается в результате компиляции модуля. В режиме МАКЕ компилятор проверяет наличие TPU-файлов для каждого объявленного модуля. Если какой-либо из файлов не обнаружен, то система пытается отыскать одноименный файл с расширением .PAS, т.е. файл с исходным текстом модуля. Если PAS-файл найден, то происходит его компиляция. Кроме того, в этом режиме система следит за возможными изменениями исходного текста любого используемого модуля. Если в PAS-файл (исходный текст модуля) внесены какие-либо изменения, то независимо от того, есть ли уже в каталоге соответствующий TPU-файл или нет, система осуществляет его компиляцию перед компиляцией основной программы. Если изменения внесены в интерфейсную часть модуля, то будут перекомпилированы также и все другие модули, обращающиеся к нему. Режим МАКЕ существенно облегчает процесс разработки крупных программ с множеством модулей. В режиме BUILD существующие TPU-файлы игнорируются, и система пытается отыскать и компилировать соответствующий PAS-файл для каждого объявленного в предложении USES модуля. После компиляции в режиме BUILD программист может быть уверен в том, что учтены все сделанные им изменения в любом из модулей.

 Подключение модуля к основной программе и их возможная компиляция осуществляется в порядке их объявления в предложении USES. При переходе к очередному модулю система предварительно отыскивает все модули, на которые он ссылается. Ссылки модулей друг на друга могут образовывать древовидную структуру любой сложности, однако запрещается явное или косвенное обращение модуля к самому себе. Дело в том, что Turbo PASCAL разрешает ссылки на частично откомпилированные модули, что приблизительно соответствует опережающему описанию подпрограммы. Если интерфейсные части любых двух модулей независимы, Turbo PASCAL сможет идентифицировать все глобальные идентификаторы в каждом из модулей, после чего откомпилирует тела модулей обычным способом.



Запись

Запись – это структура данных, состоящая из фиксированного числа компонентов, называемых полями записи. В отличие от массива, компоненты (поля) записи могут быть различного типа. Чтобы можно было ссылаться на тот или иной компонент записи, поля именуются.



Структура обьявления типа записи такова: 

<имя типа> = RECORD <пс. полей> END

Здесь <имя типа> - правельный индификатор;

 RECORD, END – зарезервированные слова (запись, конец);

 <сп. полей> - список полей; представляют собой последовательность 

 разделов записи, между которыми ставится точка с запитой.



Каждый раздел записи состоит из одного или нескольких индификаторов полей, отделяемых друг от друга запятыми. За индификатором ставится двоеточие и описание типа поля например:



 type

 birthday = record

  day, month : byte;

  year : word:

end;  

 var 

 a,b : Birthday;

 . . . . . . . .

В этом примере тип Birthday есть запись с полями DAY, MONTH, и YEAR; переменные А и В содержат записи типа Birthday.

Как в массиве, значения переменных типа записи можно присваивать другим переменным того же типа, например:

 a : = b;

К каждому из компонентов записи можно получить доступ, если использовать составное имя, т.е. указать имя переменной, затем точку и имя поля:

a.day := 27;b.year := 1991;

Чтобы упростить доступ к полям записи, используется оператор присоединения WITH: 

WITH <переменная> DO <оператор> 



Здесь WITH, DO – ключевые слова (с, делать);

 <переменная> - имя переменной типа запись, за которым, 

 возможно, следует список вложенных полей; 

 <переменная> - любой оператор Турбо Паскаля. 

Например:

 with c.bd do month := 9;

Имена полей должны быть уникальными в пределах той записи, где они обьявлены, однако, если записи содержат поля – записи, т.е. вложена одна в другую, имена могут повторяться на разных уровнях вложенности. 



Файлы

Под файлом понимается именованная область памяти на магнитном носителе, используемая для долговременного хранения некоторой логически связанной информации. В эту область внешней памяти можно как поместить определенные данные, так и извлечь их из нее. Эти действия имеют общее название - ввод-вывод.



Программирование доступа к файлу в языке Turbo Pascal начинается с описания файловой переменной (переменной файлового типа). Это описание строится с помощью служебного слова file, после которого (после служебного слова of) может быть указан тип отдельных элементов файла, например:

var

F : file of integer;

При необходимости можно отдельно определить некоторый файловый тип, которым в дальнейшем пользоваться при описании файловых переменных:

type

RecordFile = file of record

 А, В : real;

 end;

var

Fl, F2 : RecordFile;

Очень важно различать собственно файл (область памяти на магнитном носителе с некоторой информацией) и переменную файлового типа в некоторой Turbo Pascal- программе. Считается, что файловая переменная является представителем некоторого дискового файла в программе. Для того, чтобы реализовать доступ к файлу па магнитном диске, программа должна связать его с файловой переменной. Для этого необходимо сопоставить переменную с именем файла. Это имя представляется в виде строки, содержащей полное имя файла и, быть может, цепочку объемлющих каталогов и обозначение дисковода. Такая строка носит название маршрута (или пути) к файлу и формируется по общим правилам MS-DOS.

Связывание маршрута и файловой переменной производится стандартной процедурой Assign, которой передаются два параметра: имя переменной файлового типа и строка с именем (маршрутом) дискового файла, например:

Assign (F, 'с: \books\book4\test3 .раз ' ) ;

Помимо маршрута, во втором параметре может быть указано условное (символическое) обозначение некоторого “псевдофайла” MS-DOS, то есть файла, связанного с конкретным физическим устройством. Допускаются имена, в основном совпадающие с принятыми в MS-DOS обозначениями (‘con’ – консоль, то есть экран дисплея и/или клавиатура, ‘lpti’ или ‘prn’ – печатающее устройство и т. д.).

До тех пор, пока файловая переменная не связана с каким-либо дисковым файлом, никакие операции с ней в программе невозможны, Заметим, что можно связать файловую переменную с еще не существующим дисковым файлом. Это может быть оправдано для случая последующего создания Turbo Pascal-программой файла с данным именем с помощью некоторой системной процедуры.

После того, как файловая переменная с помощью процедуры Assign связана с конкретным дисковым файлом, можно выполнить любую допустимую операцию с ним. Здесь рассмотрим две операции общего характера, позволяющие переименовывать и уничтожать существующие дисковые файлы. Такие операции выполняются системными подпрограммами Rename и Erase со следующими спецификациями:

Rename ( var f; nevname : string );

Erase ( var f );

Основным параметром этих процедур является файловая переменная (она может идентифицировать файл любого типа, и к ней должна была быть ранее применена процедура Assign), а процедуре Rename дополнительно передается новое имя файла. Действие указанных процедур основывается на соответствующих DOS-функциях и функционально эквивалентно командам ren и del командного процессора. 



Заключение

Полученный мною практический опыт применительно к программированию на ПАСКАЛЕ позволяет использовать эффективное модульное программирование. Кроме того, изучив представленный в курсовом проектировании материал, я приобрел практические навыки использования процедур, функций. Наряду с этим я научился правильно использовать файловые функции операционной системы MS-DOS, что является одним из основных вопросов программирования.