5. Programmieren mit Pascal

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1 5. Programmieren mit Pascal 5.0. Einführung Die Datenorganisation Das Betriebssystem auf unserer vernetzten Rechneranlage heißt Windows XP. Ein Betriebssystem versetzt als Basisprogramm den Rechner überhaupt erst in die Lage, irgendetwas Vernünftiges zu tun. Neben den in Abschnitt genannten Aufgaben muss es (bei Vernetzung) mit anderen Rechnern kommunizieren, die gespeicherten Daten verwalten und dem Benutzer bei Bedarf Hilfe geben können. Die grafische Windows -Oberfläche ermöglicht es, viele Rechneroperationen per Maus-Klick durchzuführen. So sind z. B. für das Umbenennen oder Kopieren von Dateien keine langen Befehlsketten mehr notwendig (copy C:\mein\schrott.txt A:\dein\krempel.txt), die noch vor wenigen Jahren über die Tastatur eingegeben werden mussten. Dennoch ist ein Grundverständnis der Organisation von Daten und Programmen auf der Festplatte zur ernsthaften Rechnernutzung unerlässlich. Wie bekannt finden wir Software in Form von Daten und Programmen auf den entsprechenden Datenträgern (Festplatte, CD, Stick) vor. Während die Organisation der Software z. B. auf einer CD fest vorgegeben ist, muss sie auf der Festplatte vom Benutzer weitestgehend selbst vorgenommen werden, auch wenn sogenannte Software- Installationsroutinen dabei unterstützen. Alle Daten befinden sich in Dateien. Eine Datei lässt sich also als eine Ansammlung von verschiedenen Daten begreifen und ist mit einem beschriebenen Blatt Papier zu vergleichen. Die Menge an zu speichernder Software, die sich in Form von Daten und Programmen darstellt, hat sich in den vergangenen Jahren enorm vergrößert. Daher werden zusammengehörende Dateien in sogenannten Verzeichnissen gespeichert, die man sich als Aktenordner vorstellen kann. Festplatte Dateiname C:\ Verzeichnisse Dateiname Datei (Die Daten größerer Programme sind zumeist in mehreren Dateien abgelegt.) Verzeichnis mit Dateien Dateibaum Wenn Sie eine Datei erstellen, so müssen Sie diese unter einem Dateinamen (Dateiname und Dateiendung) in einem Verzeichnis speichern. (Nähere Informationen dazu erhalten Sie von Ihrem Lehrer.) Netzker /01

2 Die Programmiersprache Pascal Die imperative Programmiersprache Pascal (benannt nach Blaise Pascal, ) wurde in den Jahren 1969 bis 1972 von Dr. Dr. h. c. Niklaus Wirth, Professor an der Eidgenössischen Hochschule Zürich entwickelt. Als Grundlage dienten die Sprachen FORTRAN und Algol. In den 80-er bzw. frühen 90-er Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden auf der Basis von Pascal die imperativen Programmiersprachen Modula-2 und Oberon entwickelt. Die Sprachen C und C++ wurden von Pascal ebenso stark beeinflusst wie die Programmiersprache ADA. Pascal eignet sich für Numerik und Grafik (u. a. wurde der Spiele-Klassiker Monkey Island mit Pascal programmiert) und ist aufgrund einer recht konsequenten Umsetzung des modularen Programmierkonzeptes sowie einer benutzerfreundlichen (weil maschinenfernen ) Sprache zum Erlernen grundlegender Programmierkenntnisse, d. h. dem Entwickeln von Algorithmen und deren Umsetzung in eine computerverständliche Form, denkbar gut geeignet. Der verwendete Pascal-Dialekt heißt Turbo-Pascal für Windows 1.5 und stammt von der Softwarefirma Borland. Er weicht ein wenig vom Wirthschen Pascal ab, da Turbo Pascal wurde um viele Funktionen erweitert wurde Erste Schritte Nach dem Login an der Rechneranlage (genauere Informationen dazu erhalten Sie von Ihrem Lehrer) starten Sie die Pascalumgebung und sind nun in der Lage, entsprechenden Programmcode einzugeben. Ein Pascal-Programm beginnt immer mit der Programmzeile PROGRAM <Name>;. Der <Name> ist frei wählbar. Beachten Sie aber, dass er keine Umlaute, keine Leerzeichen und keine Sonderzeichen (außer _ ) enthalten darf. In der zweiten Programmzeile muss die Anweisung USES WinCrt stehen. Dadurch wird die Unit WinCrt in das Programm eingebunden. Eine Unit ist ein externes Unterprogramm, dass dort definierte Anweisungen zur Verfügung stellt. Die Unit WinCrt stellt unter anderem die Lese- und Schreibprozeduren (-befehle) bereit. Nun kann der eigentliche Programmtext beginnen. Am Ende einer jeden Programmzeile steht (bis auf wenige Ausnahmen) ein Semikolon. Nachdem Sie die Eingabe Ihres Programmtextes beendet haben, speichern Sie Ihren Programmcode in einer Datei auf dem vom Lehrer angegeben Laufwerk bzw. Verzeichnis. (Ein Turbo-Pascal-Programm ist durch den Dateizusatz.pas gekennzeichnet.) Danach können Sie Ihr Programm compilieren - der Compiler überprüft das Programm auf syntaktische Korrektheit. Sollten jetzt keine Fehlermeldungen erscheinen, so können Sie Ihr Programm ausführen lassen. Noch ein Hinweis: haben Sie keine Angst vor dem Rechner (er tut Ihnen nichts!) und verzweifeln Sie auch nicht, wenn etwas nicht gleich so funktioniert wie Sie es sich wünschen. Alle Informatiker haben einmal angefangen! Netzker /01

3 Das nachstehende Programm Mathe_1.pas soll zwei Zahlen addieren. Geben Sie dieses Programm mit Hilfe des Turbo-Pascal -Editors ein, lassen Sie es compilieren und ausführen. Hinweis: Die in (*... *) stehenden Kommentare müssen nicht geschrieben werden. Die Nummerierung der Programmzeilen darf nicht geschrieben werden! 1 PROGRAM Mathe_1; (* Programmkopf *) 2 USES WinCrt; (* bindet die Unit»WinCrt«ein *) 3 VAR a, b, Summe : INTEGER; (* Variablendeklaration mit Typangabe *) 4 BEGIN (* nach»begin«kein Semikolon *) 5 WriteLn; (* erzeugt eine Leerzeile *) 6 WriteLn ( Dieses Programm addiert zwei Zahlen. ); (* Ausgabe auf dem Bildschirm und Zeilenumbruch *) 7 Write ( Bitte geben Sie die erste Zahl ein: ); (* Ausgabe auf dem Bildschirm *) 8 ReadLn (a); (* liest eine Zahl von der Tastatur ein und ordnet sie der Variablen»a«zu. Anschließend Zeilenumbruch *) 9 Write ( Bitte geben Sie die zweite Zahl ein: ); 10 ReadLn (b); (* liest eine Zahl von der Tastatur ein und ordnet sie der Variablen»b«zu. Anschließend Zeilenumbruch *) 11 Summe := a + b; (* addiert die Inhalte von»a«und»b«und ordnet sie»summe«zu *) 12 WriteLn ( Die Summe lautet, Summe); (* gibt den Satz und den Inhalt der Variablen»Summe«aus *) 13 WriteLn (* vor einem»end«muss kein Semikolon stehen darf aber *) 14 END. Aufgaben: 1. Erweitern Sie Ihr Programm so, dass auch die Differenz und das Produkt von a und b ausgegeben werden. 2. Drucken Sie Ihr fertiges Programm aus. Wie Sie sehen, ist das Programmieren eines Computers in Turbo-Pascal gar nicht so schwierig. Immerhin haben Sie sich schon einen kleinen Rechner bauen können, der bereits über drei mathematische Funktionen verfügt. Dennoch werden Sie sicherlich noch nicht jede Programmzeile vollständig verstanden haben. Daher sollen nun anhand des Programms die einzelnen Anweisungen erläutert werden. Netzker / Arbeiten mit Variablen

4 In Ihrem Programm im vorangegangenen Abschnitt haben Sie bereits Variablen zur Aufnahme von Werten verwandt. In diesem Kapitel wollen wir uns nun genauer ansehen, was eine Variable ist, wozu sie dient und welche unterschiedlichen Variablentypen es gibt. Bei nahezu allen Programmen ist es erforderlich, irgendwelche Daten während des Programmlaufs entgegenzunehmen und zwischenzuspeichern. In vielen Fällen erfolgt die Übergabe dieser Daten an das Programm über die Tastatur. Dazu müssen die Tastatureingaben in sogenannten Variablen zwischengespeichert werden. Diese Variablen können (Zahlen-) Werte oder Zeichen aufnehmen, die der Rechner in seinem (Arbeits-) Speicher ablegt. Dazu müssen Sie Pascal mitteilen, unter welchem Namen (Bezeichner) die Werte gespeichert werden sollen, damit der Compiler im Programm weiß, wonach er suchen soll und vor allem, um welche Art von Daten, also um welchen Typ es sich handelt. Je nachdem reserviert er dann Speicherplatz, der beim Abarbeiten des Programms verwendet wird, um die über die Tastatur eingegebenen Werte aufzunehmen. Variablen sind wie Schubladen in einem Schrank, die der Aufnahme von Gegenständen dienen. Dabei wird man für Pullover oder T-Shirts eine andere (größere) Schublade wählen als für Taschentücher. In unserem obigen Beispielprogramm finden Sie den reservierten Bezeichner»VAR«am Anfang der dritten Zeile. Der Bezeichner»VAR«signalisiert Pascal, dass die folgenden Namen für Variablen festgelegt werden. Zu jedem Variablennamen muss zusätzlich der Datentyp angegeben werden. Diese Angabe benötigt der Compiler, weil unterschiedliche Datentypen in unterschiedlichen Formaten abgespeichert werden und entsprechend auch unterschiedlich viel Platz im Speicher des Rechners benötigen Deklaration von Variablen In unserem Beispiel wurden drei Variablen deklariert (festgelegt), bei denen es sich um ganze Zahlen handelt, also um den Datentyp»INTEGER«. Ganze Zahlen sind Zahlen, die keine Stellen hinter dem Komma aufweisen. ( Pascal verwendet übrigens entsprechend der englischen Schreibweise von Zahlen nicht ein Dezimalkomma, sondern einen Dezimalpunkt.) Beispiele für ganze Zahlen sind: 4711, 1, -0815, 123 und Hinweis: Zahlen wie z. B.»3.0«, die Sie im Programmtext angeben, sind aus der Sicht des Compilers keine ganzen Zahlen. Hier entscheidet tatsächlich das Vorhandensein einer Nachpunktstelle und nicht deren Wertigkeit über die Zuordnung zu einem Datentyp.»3.0«ist eine reelle Zahl (Datentyp REAL) und wird vom Compiler anders verarbeitet als die ganze Zahl»3«. Wir kommen gleich darauf zurück. Wie aus dem Beispielprogramm zu entnehmen ist, können mehrere Bezeichner für Variablen eines Datentyps durch Kommas zusammengefasst werden. Es folgt ein Doppelpunkt und die Typbezeichnung Datentypen Neben dem ersten Ihnen bekannten Datentyp INTEGER für ganze Zahlen gibt es in Pascal weitere (vordefinierte) Datentypen. Dabei wird zunächst nach»einfachen«und»zusammengesetzten«datentypen unterschieden: Netzker /06

5 Datentypen einfache Typen zusammengesetzte Typen Standardtypen Aufzählungstypen Bereichstypen INTEGER REAL ARRAY RECORD SET (Feld) (Verbund) (Menge) CHAR BOOLEAN Der Datentyp INTEGER Er dient - wie bereits beschrieben - der Aufnahme ganzer Zahlen. Der Wertebereich erstreckt sich von bis Folgende arithmetische Operatoren ( Rechenzeichen ) stehen zur Verfügung: Operator Wirkung + Addition - Subtraktion * Multiplikation DIV ganzzahlige Division (mit Rest) z. B.: 13 DIV 5 = 2 MOD Liefert den ganzzahligen Divisionsrest z. B.: 13 MOD 5 = 3 Aufgaben: Berechnen Sie: Lösung: Lösung: 29 DIV 3 = 31 DIV 4 = 29 MOD 3 = 31 MOD 4 = 5 DIV 7 = 151 DIV 12 = 5 MOD 7 = 151 MOD 12 = Neben dem Datentyp»INTEGER«stehen in Turbo-Pascal weitere Integer-Datentypen zur Verfügung: Typ Bereich Speichergröße BYTE Byte SHORTINT Byte INTEGER Byte WORD Byte LONGINT Byte Netzker /01 Der Datentyp REAL

6 Wir wissen bereits, dass in einer ganzzahligen Variablen keine reellen Werte aufgenommen werden können. Für Zahlen, die einen Nachkommaanteil aufweisen, müssen wir daher den Datentyp»REAL«verwenden. Beispiel: VAR Geldbetrag, Endbetrag : REAL; Der Wertebereich von Variablen des Typs»REAL«erstreckt sich von 2.9 * bis 1.7 * bei einer Genauigkeit von Stellen. Beachten Sie aber, dass für eine Variable vom Typ»REAL«sechs Bytes im Arbeitsspeicher reserviert werden. Variablen vom Typ»INTEGER«benötigen lediglich zwei Bytes. Bei der Deklaration von sehr vielen Variablen kann das durchaus von Bedeutung sein. Deklarieren Sie also keine Variablen vom Typ»REAL«, die niemals eine Nachkommastelle haben werden (z. B. Kalenderdaten)! Für die arithmetischen Operatoren gelten mit Ausnahme der Division (warum eigentlich?) die gleichen Operatoren wie für Variablen vom Typ»INTEGER«. Für die Division gilt der einfache Schrägstrich /. Der Datentyp CHAR Über den Datentyp»CHAR«lassen sich einzelne Zeichen ( Character ) erfassen. Der Datentyp»CHAR«umfasst alle 128 bzw. 256 Zeichen des ASCII-Zeichensatzes. Dazu gehören Buchstaben [ A.. Z, a.. z ], Zahlzeichen [ ], Satzzeichen und die Sonderzeichen des ASCII-Zeichensatzes. Der Datentyp BOOLEAN Variablen vom Typ»BOOLEAN«(benannt nach dem englischen Logiker George Boole, ) sind logische Variablen, die die Werte»TRUE«(wahr) oder»false«(falsch) annehmen. Da Boolesche Variablen nur zwei Werte annehmen können, sind für sie lediglich die Operatoren» = «(gleich) und» < > «(ungleich) zulässig. Mehrere logische Ausdrücke lassen sich über die in der folgenden Tabelle dargestellten bekannten Operatoren verknüpfen: Operator Bedeutung AND logisches UND OR logisches ODER XOR logisches exklusives ODER (XOR) NOT logisches NICHT Zusammenfassung In Pascal werden vier einfache Typen standardmäßig bereitgestellt; für sie sind in Programmen die Namen INTEGER, REAL, CHAR und BOOLEAN zu verwenden. Variablen vom Typ INTEGER können (positive und negative) ganze Zahlen aufnehmen. Variablen vom Typ REAL können Zahlen aufnehmen, die ein Komma (Dezimalpunkt) enthalten oder mit einer Zehnerpotenz dargestellt werden. Variablen vom Typ CHAR können alle Zeichen (Buchstaben, Ziffern, Satzzeichen und Sonderzeichen) aufnehmen, die auf der Tastatur verfügbar sind. Variablen vom Typ BOOLEAN werden auch logische Variablen genannt. Sie können einen der beiden Wahrheitswerte TRUE oder FALSE annehmen. Netzker /01 Aufgabe:

7 Folgende Variablen seien deklariert: VAR Anzahl : INTEGER; Zeichen : CHAR; Zahl : REAL; wahr : BOOLEAN; Ordnen Sie die folgenden Werte den Variablen zu (Mehrfachnennungen sind möglich). Welcher Wert kann keiner Variablen zugewiesen werden? a.) 4711 b.) 0.0 c.) P d.) 3,14 e.) -31 f.) falsch g.) TRUE h.) ; i.) e-12 j.) Pa k.) 0 m.) 0815 Ihre Lösungen: Anzahl kann enthalten: Zeichen kann enthalten: Zahl kann enthalten: wahr kann enthalten: nicht zuzuordnen sind: Die richtigen Lösungen: Anzahl kann enthalten: Zeichen kann enthalten: Zahl kann enthalten: wahr kann enthalten: nicht zuzuordnen sind: Netzker /01