Thomas Ottmann/Peter Widmayer Programmierung mit PASCAL

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1 Thomas Ottmann/Peter Widmayer Programmierung mit PASCAL

2 Programmierung mit PASCAL Von Prof. Dr. rer. nat. Thomas Ottmann Universität Freiburg und Prof. Dr. rer. pol. Peter Widmayer Eidg. Technische Hochschule Zürich 6. Auflage EI3 B. G. Teubner Stuttgart 1995

3 Prof. Dr. rer. nat. Thomas Ottmann Geboren 1943 in Magdeburg. Studium der Mathematik, Physik und Mathematischen Logik in Münster; 1969 Lehramtsprüfung in Mathematik, 1971 Promotion in Mathematischer Logik bei D. Rödding und Lehramtsprüfung in Physik. Von 1969 bis 1973 wiss. Assistent am Institut für MathematIsche Logik der Universität Münster. Von 1973 bis 1975 wiss. Assistent am Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren der Universität Karlsruhe Habilitation im Fach Informatik Wissenschaftlicher Rat und Professur. Von 1980 bis 1987 Inhaber des Lehrstuhls für Angewandte Informatik an der Universität Karlsruhe. Seit Oktober 1987 Inhaber eines Lehrstuhls für Informatik an der Universität Freiburg. Prof. Dr. rer. pol. Peter Widmayer Geboren 1953 in Sindelfingen. Studium des Wirtschaftsingenieurwesens an der Universität Karlsruhe; 1979 Diplom in Wirtschaftsingenieurwesen; 1983 Promotion bei Th. Ottmann. Von 1979 bis 1983 wiss. Mitarbeiter am Institut für Angewandte InformatIk und Formale Beschreibungsverfahren der Universität Karlsruhe. Von 1983 bis 1984 Gastwissenschaftler am IBM T. J. Watson Research Center. Von 1984 bis 1988 Hochschulassistent am Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren der Universität Karlsruhe; 1986 Habilitation im Fach Angewandte Informatik, 1988 Inhaber eines Lehrstuhls für Informatik an der UnIversität Freiburg. Seit 1992 Professor an der Eidg. Technischen Hochschule Zürich. Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ottmann. Thomas: Programmierung mit PASCAL / von Thomas Ottmann und Peter Widmayer Aufl. - Stuttgart : Teubner, 1995 NE: Widmayer, Peter: ISBN ISBN (ebook) DOI / Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimfllung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. B. G. Teubner Stuttgart 1986

4 Vorwort Die Programmiersprache Pascal ist inzwischen zur bevorzugten Sprache für die Einführung in das Programmieren an Universitäten geworden. Das ist natürlich kein Zufall, sondern eine Folge der Überzeugung, daß diese Sprache durch ihre klare und verhältnismäßig einfache Struktur das Programmieren als systematische Disziplin sehr gut unterstützt und damit eine positiv prägende Auswirkung auf das für die gesamte Informatik wichtige algorithmische Denken besitzt. Dieses Skript ist hervorgegangen aus Kursen an der Universität Karlsruhe für künftige Diplom-Wirtschaftsingenieure. Die dabei gesammelten Erfahrungen haben ihren Niederschlag in diesem Buch gefunden. Es hat sich gezeigt, daß eine der Struktur der Sprache entsprechende systematische Darstellung der syntaktischen und semantischen "Features" zwar für einen erfahrenen Programmierer, der bereits andere Programmiersprachen kennt, die beste Einführung, für einen Anfänger aber unverdaulich ist. Wir haben daher versucht, eine Einführung in das Programmieren mit Pascal zu geben, die auch für Anfänger ohne Informatikkenntnisse verständlich ist. Das Programmieren in jeder Sprache verlangt ein dem Anfä.nger völlig ungewohntes Maß an Abstraktion und formaler Präzision. Es genügt aber unserer Erfahrung nach keineswegs, nur den mit dem Programmieren verbundenen Formalisierungsprozeß zu erklären. Eine genaue Formulierung und weitgehend programmiersprachen unabhängige algorithmische Lösung von Problemen gehören unbedingt dazu. Neben der eher praktischen Schwierigkeit, die unsere Studenten mit der Ein- und Ausgabe von Daten hatten, konnten wir eine Reihe begrifflicher Verständnisschwierigkeiten beobachten. Die wichtigsten sind mit den Stichworten Blockstruktur, lokale und globale Namen, Rekursion, verschiedene Arten von Parametern in Prozeduren und Funktionen, und schließlich Zeigertypen genannt. Wir haben die Syntax der Sprache Pascal nicht nur rein verbal, sondern auch formal präzise beschrieben. Daß wir dazu nicht - wie heute vielfach üblich - Syntaxdiagramme, sondern eine erweiterte BNF-Notation genommen haben, hat keine inhaltlichen, sondern rein schreibtechnische Gründe. Die Anregung zu diesem Buch verdanken wir Herrn W. Stucky, der auch viele wertvolle Hinweise gab. Unser Dank gilt vor allem Herrn L. Wegnerfür eine kritische Durchsicht des Rohmanuskripts, Herrn H.W. Six für zahlreiche Diskussionen, Frl. S. Reiniger für das Testen der Programm beispiele und insbesondere Frau G. Hartlieb für das Schreiben des Rohmanuskripts und die sorgfältige Anfertigung der Druckvorlage. Karlsruhe, im August 1980

5 6 Vorwort zur 2. Auflage Bei der 2. Auflage handelt es sich im wesentlichen um einen unveränderten Nachdruck der 1. Auflage. Neben der Beseitigung der bekanntgewordenen Druckfehler ist diese Auflage lediglich um ein Schlagwortregister erweitert worden. Karlsruhe, im März 1982 Vorwort zur 3. Auflage Bei Büchern wie diesem werden in der Regel die Druckvorlagen von den Autoren angefertigt, oft nur mit herkömmlichen Schreibmaschinen oder gar einfachen Matrixdruckern. Daraus ergibt sich eine typographische Armut, die sich gerade bei Lehrbüchern besonders unangenehm bemerkbar macht. Das Resultat unserer stetigen Bemühungen, diesen Mangel an optischer Struktur zu beheben, liegt jetzt vor Ihnen. Es ist nicht nur ein Buch über Pascal, sondern auch eines, das mit Hilfe eines Pascal-Programms gestaltet wurde. Dieses Programm, TEX, unterstützt die typographisch anspruchsvolle Gestaltung von Dokumenten, insbesondere technisch-naturwissenschaftlichen Inhalts. TEX ist unter Federführung von D. Knuth entwickelt worden und hat sich im akademischen Bereich schnell verbreitet. Es ist bereits auf Mikrorechnern verfügbar und damit hoffentlich bald vielen Autoren zugänglich. TEX erzeugt eine druckerunabhängige Beschreibung des Dokuments; diese wird dann von einem hochauflösenden grafikfähigen Drucker ausgegeben. Wir haben die Druckvorlage für dieses Buch mittels TEX angefertigt. Das Buch ist durch fotografische Reproduktion unserer Druckvorlage hergestellt worden. Wir hoffen, daß Setzereien bald mit TEX angefertigte Beschreibungen von Dokumenten direkt zur Steuerung ihrer Druckmaschinen akzeptieren werden; damit ließe sich die Qualität der Druckausgabe sicherlich noch beträchtlich steigern. Mit der Verwendung von TEX haben wir die in früheren Auflagen zur Beschreibung der Syntax gewählte erweiterte BNF -Notation durch die optisch suggestiveren Syntaxdiagramme ablösen können. Seit der letzten Auflage hat sich ein Standard für Pascal etabliert (ISO 7185), und Mikrorechner mit Pascal-Übersetzern sind inzwischen weit verbreitet. Entsprechend übertrifft die Bedeutung des interaktiven Betriebs von Rechnern die der Stapelverarbeitung bei weitem, gerade im Ausbildungsbereich. Wir haben beiden Punkten Rechnung getragen, indem wir den ISO-Standard in dieses Buch eingearbeitet und alle Programme auf Dialogbetrieb umgestellt haben. Die

6 7 Möglichkeit der Stapelverarbeitung wird dennoch exemplarisch diskutiert. Wir haben nicht versucht, die verschiedenen auf Mikrorechnern verfügbaren Pascal-Dialekte darzustellen, oder Spezialitäten von Compilern zu erläutern. Das Ziel dieses Buchs bleibt es, die Grundsätze des Schreibens guter Pascal-Programme zu illustrieren. Die Hörer und die Tutoren der Pascal-Vorlesungen für Wirtschaftsingenieurstudenten an der Universität Karlsruhe und unsere Kollegen am Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren haben durch Kommentare und Diskussionen zum gegenwärtigen Inhalt dieses Buches beigetragen. Herr H. Kleine Büning und Herr W. Stucky haben uns auf kritische Punkte und Alternativen hingewiesen. Frau B. Beck hat den Text auf einem Rechner komplett neu erfasst und mit TEX-Kommandos ausgestattet. Frau M. Stanzel hat das Rohmanuskript dann mit äußerster Sorgfalt in seine endgültige Form gebracht. Frau A. Bruggemann-Klein hat dabei nicht nur ihr Expertenwissen in TEX zur Verfügung gestellt, sondern auch die 'lex-kommandos (Makros) für die Definition von Syntaxdiagrammen beigesteuert. Als Vorlage dazu hat ein Makropaket für Syntaxdiagramme gedient, das uns Herr M. Plass, XEROX PARC, überlassen hat. Den Hinweis auf die Existenz dieses Makropakets gab uns Herr M. Schrapp. Ihnen allen gebührt unser Dank. Ohne ihre tatkräftige Mitarbeit könnte dieses Buch nicht in seiner gegenwärtigen Form vor Ihnen liegen. Karlsruhe, im Januar 1986 Vorwort zur 5. Auflage Diese Auflage ist im wesentlichen gegenüber der dritten Auflage unverändert. Wir haben lediglich einige Kommentare und Anregungen eingearbeitet, für die wir uns bei den Studierenden und Kollegen an der FernUniversität Hagen bedanken. Freiburg, im Februar 1992 Vorwort zur 6. Auflage Die vorliegende Auflage ist ein unveränderter Nachdruck der 5. Auflage. Freiburg Zürich, im Februar 1995

7 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 Inhaltsverzeichnis 9 1. Allgemeine Eigenschaften von Algorithmen und Programmen 1.1 Intuitives zu Algorithmen und Programmen 1.2 Schritte zur algorithmischen Lösung von Problemen 1.3 Historisches zur Sprache Pascal Grundlagen und Struktur von Pascal-Programmen 2.1 Zur Beschreibung der Syntax 2.2 Struktur von Pascal-Programmen 2.3 Die Beschreibung der Daten Konstanten und Literale Variablen und Datentypen Der Datentyp integer Der Datentyp real Der Datentyp boolean Der Datentyp char 2.4 Die Beschreibung der Aktionen Einige einfache Anweisungen Standardein- und -ausgabe Die Steuerung der Ausführung von Anweisungen 3.1 Die bedingte Anweisung (if-statement) 3.2 Wiederholungsanweisungen Das repeat-statement Das while-statement Das for-statement

8 10 4. Selbstdefinierbare Datentypen und die Fallunterscheidung Der Aufzählungstyp Der Ausschnittstyp Die Fallunterscheidung (case-statement) Der array-typ Eindimensionale arrays Mehrdimensionale arrays Besonderheiten; gepackte Darstellung Funktionen und Prozeduren; Blockstruktur Funktionen Zum Funktionsbegriff Funktionen in Pascal Beispiele Blockstruktur, lokale und globale Größen Rekursiv definierte Funktionen Beispiele für rekursiv deklarierte Funktionen Direkte Rekursion Indirekte Rekursion Prozeduren Rekursive Prozeduren Türme von Brahma Funktionen und Prozeduren als Parameter Besonderheiten Weitere strukturierte Datentypen; das with-statement Der set-typ Der record-typ Records ohne Varianten Das with-statement Records mit Varianten Der file-typ Die Beschreibung und Manipulation von files im allgemeinen Text files 191

9 11 7. Der Zeigertyp Marken und Sprünge Anhang Syntax Schlüsselworte Standardnamen Sonderzeichen Schlagwortregister 245 Literaturverzeichnis 255