pas_czesc

PS/TP

TI----PS

PS----0

0----

WST

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

PS/TP

000 -

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

TECHNIK INFORMATYK 312[01]

PROGRAM NAUCZANIA: 312[01]/T,SP/MENIS/2004.06.14

Przedmiot: Programowanie strukturalne i obiektowe

dla technikum 4-letniego

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

LITERATURA POMOCNICZA:

•Wiesław Por

bski. PASCAL. Wprowadzenie do programowania. Wyd. 5. HELP.

•Andrzej Marciniak. Turbo Pascal 5.5. wyd. II poprawione i uzupeł. Nakom Pozna

1993.

•Gra

yna Koba. Informatyka dla liceum ogólnokształc

cych. Cz. 1. Wydawnictwo MIGRA

•Gra

yna Koba. Informatyka dla liceum ogólnokształc

cych. Cz. 2. Wydawnictwo MIGRA

•Borland TP7 “User’s Guide”
•Borland TP7 “Language Guide”
•Borland TP7 “Programmer’s Reference”
•N. Wirth „Algorytmy + struktury danych = Programy”, WNT

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Polecane

rodowiska programowania j

zyków Pascal, C++, Java:

Free Pascal Compiler

Borland Delphi 7.0

Borland C++ Builder 6.0 Personal Edition

Borland JBuilder

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Nauka tego przedmiotu, oprócz poznawania technik programowania,
doskonali znajomo

ść

zyka angielskiego poprzez korzystanie z wersji

angielskiej oprogramowania oraz z dokumentacji technicznej napisanej w
j

zyku angielskim.

Podczas projektowania programów b

dziesz:

o uczył si

odczytywania ze zrozumieniem instrukcji,

o wydawania polece

w j

zyku angielskim,

o tłumaczenia na j

zyk polski angielskich tekstów

Programowanie jest umiej

tno

przede wszystkim

praktyczn

, dlatego

zdecydowan

kszo

ść

czasu musisz po

wieci

na samodzielne

programowanie na zaj

ciach i w domu.

Niezb

dne informacje znajdziesz w plikach w formacie PDF.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

BEZ MATEMATYKI

NIE MA

INFORMATYKI

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Cele kształcenia – ucze

powinien umie

1. scharakteryzowa

budow

i zasad

działania programu

2. komputerowego,
3. wyja

podstawowe poj

cia zwi

zane z programowaniem,

4. zastosowa

podstawowe algorytmy i sposoby ich zapisu,

5. posłu

edytorem, kompilatorem, debugerem oraz dokumentacj

6. j

zyka programowania,

7. zastosowa

czytelny styl programowania i opracowa

dokumentacj

8. programu,
9. zlokalizowa

i usun

ąć

bł

dy w programach, przetestowa

programy,

10. zastosowa

podstawowe typy danych, stałe, zmienne i funkcje,

11. zaprojektowa

wyra

enia z operatorami arytmetycznymi, logicznymi

12. oraz relacji,
13. zastosowa

w programach instrukcje: proste, zło

one, steruj

ce oraz

14. iteracyjne,
15. posłu

podprogramami: własnymi i standardowymi z biblioteki,

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

16. zaplanowa

podział zadania/problemu na moduły,

17. zastosowa

strukturalne typy danych: tablice, pliki, zbiory, rekordy,

18. posłu

wska

nikami do budowy dynamicznych struktur danych:

stosów, kolejek, list, drzew, grafów,
16. wykorzysta

w programach d

ki, grafik

, animacje,

17. zaprojektowa

programy współpracuj

ce z systemem operacyjnym,

18. zaprojektowa

programy odporne na bł

dne dane,

19. wyja

ró

nice pomi

dzy programowaniem strukturalnym

i obiektowym,
16. scharakteryzowa

poj

cia dotycz

ce programowania obiektowego:

obiekt, klasa, metoda, atrybut,
16. zastosowa

podstawowe konstrukcje j

zyka obiektowego,

17. zaprojektowa

klasy i moduły, zastosowa

hermetyzacje,

18. posłu

konstruktorem i destruktorem,

19. zastosowa

dziedziczenie, funkcje wirtualne, zaprzyja

nione,

operatorowe,
20. zaprojektowa

aplikacj

typu SDI oraz MDI,

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

21. zaprojektowa

program o charakterze obliczeniowym, graficznym,

22. zaprojektowa

aplikacje sieciowe, bazodanowe,

23. wyja

przeznaczenie i wła

ciwo

ci apletów,

24. zaprojektowa

aplikacje współbie

ne, wielow

tkowe,

25. wykona

zło

ony system informatyczny pracuj

c w zespole,

26. zmodyfikowa

kod

ródłowy zapisany w j

zyku programowania,

27. zaprojektowa

programy dla

rodowiska Windows,

28. skorzysta

z informacji na temat programowania, zgromadzonych

29. w sieci Internet oraz w innych

ródłach,

30. posłu

angielsk

terminologi

dotycz

tematyki zawodowej.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

1. WPROWADZENIE DO PROGRAMOWANIA STRUKTURALNEGO

W PASCALU

Podstawowe poj

cia dotycz

ce programowania:

•program komputerowy,
•j

zyki programowania,

•kompilator,
•interpretator,
•konsolidator.

Algorytmy i sposoby ich zapisu.

Etapy tworzenia programu:
•planowanie,
•pisanie,
•kompilacja,
•konsolidacja,
•testowanie
•optymalizacja.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Zasady programowania strukturalnego.

Edytor

rodowiska systemu Pascal.

Podstawy zapisywania programu w j

zyku Pascal:

•słowa kluczowe,
•identyfikatory,
•liczby,
•symbole podstawowe,
•komentarze,
•stałe logiczne.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Typy danych:
•całkowity,
•rzeczywisty,
•znakowy,
•ła

cuchowy,

•logiczny,
•okrojony,
•wyliczeniowy.

Struktura programu w j

zyku Pascal.

Instrukcje wej

cia/wyj

cia.

Deklaracje zmiennych i stałych.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Instrukcja przypisania.

Wyra

enia i operatory.

Standardowe funkcje i procedury.

Instrukcje:
•warunkowe,
•iteracyjne,
•zło

one.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

2. PODPROGRAMY

Ogólna posta

funkcji i procedury.

Zmienne lokalne i globalne.

Parametry formalne i aktualne.

Przekazywanie parametrów przez warto

ść

i przez zmienn

Wywoływanie funkcji i procedur.

Rekurencja.

Stosowanie algorytmów interacyjnych i rekurencyjnych, algorytmu
Euklidesa, obliczania pot

gi, wyznaczania liczb Fibonacciego.

Funkcje i procedury obsługi ekranu.

Moduły u

ytkownika - zasady budowy i korzystania z modułów.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

3. TYPY STRUKTURALNE

Tablice.

Pliki tekstowe i operacje na tekstach.

Pliki elementowe.

Operacje na plikach.

Zbiory.

Rekordy.

Ogólne zasady budowy systemów informatycznych.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

• Stosowanie tablic i wykonywanie podstawowych operacji na tablicach:
sortowanie, wyszukiwanie.

• Zamiana liczb dziesi

tnych na binarne.

• Znajdowanie zera funkcji metod

połowienia przedziału.

• Operowanie plikami tekstowymi i elementowymi.

• Wykonywanie operacji na tekstach.

• Korzystanie z podstawowych algorytmów umo

liwiaj

cych wykonywanie

operacji na zbiorach.

• Wykorzystywanie rekordów do projektowania baz danych.

• Wykorzystywanie plików do projektowania systemu informatycznego typu
baza danych.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

4. DYNAMICZNE STRUKTURY DANYCH

Wska

niki.

Funkcje i procedury dynamicznego przydziału pami

ci.

Tworzenie i przetwarzanie dynamicznych struktur danych:
•stos,
•kolejka,
•listy,
•drzewa.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

5. ELEMENTY ZAAWANSOWANEGO
PROGRAMOWANIA W PASCALU

Dyrektywy kompilatora.

Obsługa urz

dze

peryferyjnych.

Rejestry procesora.

Wbudowany asembler.

Lokalizacja i usuwanie usterek w programie za pomoc

debuggera.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

Poprawno

ść

i zło

ono

ść

obliczeniowa algorytmów.

Optymalizacja działania programu.

Dokumentacja programu.

PS/TP

PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE

1. Wprowadzenie do programowania strukturalnego w Pascalu
(pliki

TI_PS_CZESC_1A.pdf, TI_PS_CZESC_1B.pdf,

TI_PS_CZESC_1C.pdf, TI_PS_CZESC_1D.pdf

)

2. Podprogramy
(plik

TI_PS_CZESC_2.pdf

)

3. Typy strukturalne
(plik

TI_PS_CZESC_3.pdf

)

4. Dynamiczne struktury danych
(plik

TI_PS_CZESC_4A.pdf

)

5. Elementy zaawansowanego programowania w Pascalu
(plik

TI_PS_CZESC_4B.pdf

)

SPIS TRE

PS/TP

Wst

programowania

001

Gdańsk 2002

INPUT

PROGRAM

OUTPUT

PS/TP

CO TO JEST PROGRAMOWANIE ?

Programowaniem nazywamy zakodowanie danego
algorytmu za pomoc

gu rozkazów napisanych w jakim

zyku programowania – j

zyk programowania to stworzony

przez ludzi sztuczny j

zyk słu

Ŝą

cy do sterowania

komputerem.

BEGIN

READ

END

WRITE

PROGRAM

KODOWANIE

PS/TP

Algorytm obliczania średniej arytmetycznej

SUMA

I + 1

CZYTAJ X

SUMA

SUMA + X

START

I <= N

STOP

WYPISZ SREDNIA

SREDNIA

SUMA / N

PS/TP

KODOWANIE

PS/TP

Program obliczający średnią arytmetyczną

Program przyklad;
(* obliczanie średniej z n liczb *)
const n = 10;

var i: integer;
x, suma, srednia: real;

begin
for i:=1 to n do

begin

readln(x);
suma:=suma+x;

end;

srednia:=suma/n;
writeln(srednia);
end.

PS/TP

GENERACJE J

ZYKÓW PROGRAMOWANIA

I GENERACJA

II GENERACJA

III GENERACJA

IV GENERACJA

PS/TP

I GENERACJA

Pierwszym językiem był kod binarny, składający się z ciągu
rozkazów w postaci zer i jedynek.

Dlatego język taki nazywamy językiem binarnym. Jak wiadomo
sercem kaŜdego komputera jest procesor, który dysponuje swoim
zestawem rozkazów. Dlatego dla kaŜdego typu procesora musiały
istnieć inne zestawy rozkazów. Języki binarne były więc
całkowicie uzaleŜnione od procesora, czyli konkretnego
komputera. Dlatego nazwano je językami maszynowymi lub
wewnętrznymi.
Główną wadą takiego programowania jest po prostu uciąŜliwość
polegająca na pamiętaniu wszystkich kodów w postaci binarnej,
która nie jest dogodna dla człowieka wychowanego w świecie
liczb dziesiętnych.

PS/TP

00011110
01010010
01010000
10001110 11011001
10100000 00001001
01001101 00010101
01110000
01110010
00111110

PROGRAM BINARNY (MASZYNOWY)

Programowanie binarne komputera odbywało się za pomocą
przełączników oraz specjalnych kart lub taśm dziurkowanych.
Dlatego takie programowanie moŜna nazwać ręcznym.

PS/TP

II GENERACJA

Aby ułatwić programowanie wprowadzono języki symboliczne
zwane asemblerami. W asemblerze kaŜdy pojedynczy rozkaz
procesora zastąpiono symbolami które były łatwiejsze do
zapamiętania. Jednak nadal kaŜdy asembler był związany z danym
typem komputera (procesora).

PUSH    DS
PUSH    DX
PUSH    AX
MOV     DX, OFFSET Msg
MOV     AH,09H
INT     21H
POP     AX
POP     DX
POP     DS

PS/TP

Początkowo kaŜdy rozkaz asemblera był kodowany ręcznie na
zera i jedynki, lecz znacznym ułatwieniem były tzw.
translatory – programy tłumaczące symbole języka asemblera
na kody binarne. Programy te nazwano asemblerami a później
makroasemblerami, poniewaŜ sekwencje rozkazów często
uŜywanych nazwano makrami.

P r o g r a m

s y m b o l ic z n y

( w ję z y k u

a s e m b le r a )

M O V A X , 0 1
A D D H L
R E T

P r o g r a m

b in a r n y

( m a s z y n o w y )

1 0 0 1 0 0 1
0 1 0 0 1 0 1
1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 1 1 0 1

A S E M B L E R

( t r a n s la t o r )

PS/TP

III GENERACJA

Później powstały języki tzw. “wysokiego poziomu”. W językach
wysokiego poziomu symbole asemblera zastąpiono kodem
zbliŜonym do języka naturalnego (angielskiego) i matematycznego.

10 START
20 PRINT ”WITAM”
30 STOP

Języki te były juŜ w małym stopniu zaleŜne od konkretnego
typu komputera.

PS/TP

Program w języku

wysokiego poziomu

10 START
20 PRINT „WITAJ”
30 STOP

Program

symboliczny

(w języku

asemblera)

MOV AX,01
ADD HL
RET

Program binarny

(wykonywalny)

00011101
01010100
11001001
10001111
00001111

Translacja na asembler

Translacja na kod binarny

Wysoki poziom

→

Asembler

→

Kod binarny

PS/TP

PoniewaŜ stworzone języki wysokiego poziomu były zrozumiałe
jedynie przez człowieka to musiano stworzyć specjalne programy
tłumaczące zwane kompilatorami i konsolidatorami (ang.
linkerami).

Oprócz kompilatorów stworzono równieŜ interpretery.

W ogólności moŜna powiedzieć, Ŝe translatory dzielimy na
kompilatory i interpretery – o których bliŜej w następnym
rozdziale.

PAMIĘTAJ:

TYLKO PROGRAM BINARNY MOśE BYĆ

WYKONYWANY PRZEZ PROCESOR.

PS/TP

IV GENERACJA

Właściwie to trudno powiedzieć do której generacji naleŜą
języki strukturalne oraz obiektowe.

Najpierw były języki strukturalne, za pomocą których pisano
programy składające się z wielu modułów – jeden moduł był
zawsze głównym t.j. sterował pozostałymi.

P r o g r a m m a i n ;
b e g in
r e a d ( x ) ;
y : = fu n ( x ) ;
d is p ( y ) ;
e n d .

m o d u le  fi r s t ;
fu n c t i o n   fu n ( a ): r e a l;
fu n   : =  a + 1 0 0 ;
e n d ;

m o d u le s e c o n d ;
fu n c t io n d is p ( b ) ;
w r i t e ln ( b ) ;
e n d ;

PS/TP

Z tego okresu pozostało znane programistom określenie

prof. Niklausa Wirtha :

“Struktury danych + Algorytmy = Programy” (patrz rysunek).

Program przykład;
var
   x: array[1..100] of integer;
   i: integer;
   y: integer;

begin
  for i := 1 to 100 do
  begin
     readln(y);
     x[i] := y;
  end;
end.

Dane

Algorytm

Później powstały, a właściwie wytworzono nową filozofię podejścia
do programowania a mianowicie programowanie zorientowane
obiektowo bazujące na językach strukturalnych.

PS/TP

V GENERACJA

Języki V generacji to grupa języków stosowana do tworzenia
programów ekspertowych lub t.z.w. aplikacji wykorzystujących
“sztuczną inteligencję”. Ich zastosowanie odnosi się na razie
głównie do sfery badawczej i dlatego nie będą omawiane.

KLASYFIKACJA TRANSLATORÓW

CO TO JEST TRANSLACJA?

Translacją nazywamy proces tłumaczenia kodu jednego
języka na kod innego języka.

PS/TP

Postać źródłowa

X:=X+21;

Postać wynikowa
MOV AX,X
ADD AX,21
MOV BX,AX

TRANSLATOR

Słownictwo
Gramatyka
Interpretacja

Program lub grupa programów słuŜąca do translacji
nazywamy translatorem. Język z którego dokonuje się
translacji nazywamy postacią źródłową a język na który
translator tłumaczy nazywamy postacią wynikową.

PS/TP

Jak wiadomo kaŜdy język naturalny (angielski, polski, niemiecki
i.t.d.) ma swoje słownictwo, gramatykę oraz interpretację.
Translator musi więc znać słownictwo, gramatykę i interpretację
obu języków.

Zbiór reguł obowiązujących w danym języku (słownictwo
i gramatyka) nazywamy składnią danego języka, a sposób
interpretacji zdań zapisanych w danym języku nazywamy
semantyką.

SKŁADNIA – czyli odpowiedź na pytanie:

JAK PISAĆ

POPRAWNY PROGRAM?

SEMANTYKA – czyli odpowiedź na pytanie:

CO POWODUJE

WYKONANIE PROGRAMU?

PS/TP

Translatory dzielimy na asemblery, kompilatory i interpretery

Języki programowania moŜna więc takŜe podzielić na języki
symboliczne asemblera, kompilowane oraz interpretowane.
Asembler tłumaczy kaŜdy jeden rozkaz kodu asemblera na jeden
rozkaz binarny, a kompilator i interpreter tłumaczy jeden rozkaz
języka wysokiego poziomu na wiele rozkazów w kodzie
binarnym.

Translatory

Kompilatory

Interpretery

Asemblery

PS/TP

JAK DZIAŁA KOMPILATOR ?

I Faza. Kompilowanie (tłumaczenie rozkazów programu źródłowego na rozkazy binarne)

II Faza. Wykonywanie (procesor komputera wykonuje rozkazy binarne)

Program źródłowy

np. test.pas

Program wynikowy

np. test.exe

KOMPILATOR

Program wynikowy

np. test.exe

PS/TP

JAK DZIAŁA INTERPRETER?

Działanie interpretera jest odmienne w porównaniu z
kompilatorem. Interpreter nie tłumaczy całego programu
ź

ródłowego, lecz wykonuje go krok po kroku to znaczy rozkaz po

rozkazie.

Jego działanie dla kaŜdej linii programu przebiega w
następujących fazach:

I Faza. Pobranie linii zaw

ierającej rozkaz. Interpreter sprawdza

poprawność (składnię) rozkazu.

II Faza. Kompilowanie rozkazu (

tłumaczenie rozkazu na

postać binarną)

III Faza. Wykonywanie rozkazu binarnego przez procesor
komputera.

PS/TP

UWAGA: jeśli interpreter stwierdzi błąd w składni rozkazu, to
natychmiast przerywa działanie programu i wyświetla komunikat
informujący o rodzaju błędu i numerze linii w której stwierdził błąd.

INTERPRETER

Program źródłowy

np. test.js

SPRAWDZENIE

SKŁADNI

ROZKAZU

Pobranie kolejnego

rozkazu

WYGENEROWANIE

ROZKAZU BINARNEGO

Skok do następnego

rozkazu

WYKONANIE ROZKAZU

BINARNEGO

PS/TP

Języki interpretowane są łatwiejsze do
opanowania przez początkujących
programistów, lecz programy w nich
pisane działają na ogół wolniej.

Programy pisane w językach
kompilowanych są szybsze i lepiej
wykorzystują pamięć komputera.

PS/TP

CO TO JEST KONSOLIDACJA ?

P r og r a m g łów n y
w jęz yk u
w y sok ie g o
p oz io m u

M od uł M 1 w
ję z yk u w y sok ieg o
p oz io m u

M od u ł M 2 w
ję z yk u w y sok ieg o
p oz io m u

K O M P IL A C JA

K O D
A S E M B L E R O W Y
P R O G R A M U
G Ł Ó W N E G O

K O D
A S E M B L E R O W Y
M O D U Ł U M 1

K O D
A S E M B L E R O W Y
M O D U Ł U M 2

(

)

k on solid a cja
C JA

F A Z A 1

F A Z A 2

PS/TP

PODSUMOWANIE:

W chwili obecnej pod pojęciem “kompilacji” środowisko programistów
rozumie fazę kompilacji i konsolidacji.

W uproszczeniu moŜemy powiedzieć Ŝe kompilowanie programu
ź

ródłowego to tłumaczenie instrukcji kodu źródłowego (plik o

rozszerzeniu n.p. PAS) na kod wynikowy (wykonywalny przez procesor
danej maszyny) w pliku o rozszerzeniu EXE.

Natomiast interpretowanie to pobieranie i wykonywanie przez maszynę
“od razu” kolejnych instrukcji kodu źródłowego. Dlatego w przypadku
języków interpretowanych nie powstaje plik o rozszerzeniu EXE.

Jednym z pierwszych translatorów który zrobił karierę był TURBO
PASCAL firmy Borland, bowiem potrafił w bardzo krótkim czasie
wykonać fazę kompilacji i fazę konsolidacji.

PS/TP

Program w języku PASCAL – oblicza średnią arytmetyczną

Program przyklad;
(* obliczanie średniej z n liczb *)
const n = 10;

var i: integer;
x, suma, srednia: real;

begin
for i:=1 to n do

begin

readln(x);
suma:=suma+x;

end;

srednia:=suma/n;
writeln(srednia);
end.