Паскаль (язык)

Pascal

Семантика:	процедурный
Тип исполнения:	компилятор
Появился в:	1970 г.
Автор(ы):	Никлаус Вирт

Паскаль (англ. Pascal) — высокоуровневый язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применяется в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для большого числа других языков. Был создан Никлаусом Виртом в 1970, после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68.

История

Паскаль был создан как язык для обучения процедурному программированию (хотя, по словам Вирта, язык нельзя считать только учебным, поскольку язык, непригодный для написания реальных программ, для обучения использоваться не должен). Название языку дано в честь выдающегося французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля. Один из первых языков, для которых была создана реализация «на самом себе» — компилятор Паскаля был написан на самом Паскале. В начале 1970-х годов для переноса Паскаль-систем на различные аппаратные платформы была создана система Pascal-P, в которой был единый компилятор Паскаля в промежуточный язык (P-код) и для каждой платформы создавался быстрый интерпретатор P-кода. Заимствование этой системы привело к созданию системы UCSD Pascal в Университете Сан-Диего (Калифорния, США), намного позже её идеи были заимствованы создателями языка байт-код, компиляция в байт-код, интерпретатор байт-кода).

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Н. Вирта, язык должен способствовать дисциплинированию программирования, 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» (интересно, что 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.

Необходимо заметить, что многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 70-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. В начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники академик А. П. Ершов разработал алголо-паскалеподобный «алгоритмический язык».

Никлаус Вирт понимал недостатки созданного им языка, но, следуя традициям академической среды и собственным принципам, согласно которым «неподходящий инструмент надо не исправлять, а заменять», не стал его развивать дальше, а разработал новые языки семейства: Модула-2 и Оберон. В противоположность этому промышленные традиции и достоинства языка побудили многие коммерческие и некоммерческие организации продолжать разрабатывать и развивать системы программирования именно на основе языка Паскаль, подвергая язык произвольному расширению, добавляя в него, часто совершенно механически, новые средства и синтаксические конструкции.

В 1986 году фирма Apple разработала объектное расширение языка Паскаль, получив в результате Object Pascal. В 1989 году аналогичные объектные средства были добавлены фирмой Borland в систему Turbo Pascal (языковые различия между объектным Turbo Pascal 5.5 и Object Pascal от Apple крайне незначительны). Последующие версии Turbo Pascal, который стал затем называться Borland Pascal, дополняли объектное расширение новыми средствами, этот процесс продолжился и в ходе развития языка системы Delphi^[1]. Название языка менялось: от Pascal, через Object Pascal до Delphi, в литературе встречалось название Delphi Pascal, в последних версиях Delphi язык именуется так же, как и сама система (любопытный момент: в Delphi 7 пункт системного меню, запускающий справку по языку, как и в более ранних версиях, называется «Object Pascal Reference», а сам запускаемый им модуль помощи имеет заголовок «Delphi Language Manual», в тексте язык также везде называется «Delphi»). 1 февраля 2008 года анонсировала поставку своей среды разработки приблизительно на миллион компьютеров в российских школах и ВУЗах.

Особенности

Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившая широкое распространение и развитие языка является Turbo Pascal фирмы Kylix — Delphi для Linux, в настоящее время оба этих проекта фактически заморожены).

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 нем программ (например GNU Pascal поддерживает более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами,Free Pascal поддерживает некоторые мобильные платформы). Free Pascal обеспечивает специальные режимы совместимости с различными распространенными диалектами языка(Turbo Pascal(полная совместимость), Delphi и другими).

Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal и Delphi стали де-факто стандартом в силу широкой распространенности этих средств разработки, и затем получили дальнейшее развитие в рамках свободных проектов.

В настоящее время создана реализация языка для платформы .Net(Borland Delphi 7).

Пользуются популярностью такие версии языка как Free Pascal, GNU Pascal и TMT Pascal. Продолжает использоваться и Borland Pascal.

Кроме того, разрабатывается система программирования PascalABC.NET, ориентированная на обучение современному программированию и представляет собой реализацию языка Object Pascal для .NET Framework.

Синтаксис и языковые конструкции

Паскаль, в его первоначальном виде, представляет собою чисто процедурный язык и включает в себя множество Алголоподобных структур и конструкций с зарезервированными словами наподобие if, then, else, while, for, 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, созданного Никлаусом Виртом AlgolW и предложены Хоаром. В современных диалектах (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 большинстве диалектов является необязательным) , за именем может в скобках следовать список внешних файловых дескрипторов в качестве параметров; за ним следует тело программы, состоящее из секций описания переменных, типов и констант, объявлений процедур и функций 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 программа на Паскале будет выглядеть следующим образом:

begin
end.

Программа не выполняет никаких действий и содержит пустой блок операторов.

Пример программы, выводящей строку 'Hello, World!':

Program HelloWorld(output);
begin
  writeLn('Hello, World!');  { оператор вывода строки }
end.

Типы данных

Примитивные типы данных Паскаля: типы с плавающей запятой(real), целые(integer), char, boolean и перечисления (конструктор нового типа, введённый в Паскале):

var { секция объявления переменных }
  r: Real;  { переменная вещественного типа }
  i: Integer;  { переменная целого типа }
  c: Char;  { переменная-символ }
  b: Boolean;  { логическая переменная }
  e: (apple, pear, banana, orange, lemon);  { переменная типа-перечисления }

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 счетчик цикла), как границы массивов, для задания элементов множеств и типов-диапазонов.

В паскале в отличии от си-подобных языков с типами boolean, char арифметические целочисленные операции не определены.

В отличие от многих распространенных языков, Паскаль 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>4) and (i<11) then  { проверка логическими условиями }
...

Для задания значения множества используется список элементов множества, отделенных запятыми и заключенный 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.
В современном ^[2] Паскале 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-х — 1990-х гг. 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), код нулевого символа при таком представлении служит для задания длины строки, соответственно строка могла иметь максимальный размер 255 символов. В Free Pascal по умолчанию в качестве String используется тип AnsiString, память под который выделяется и освобождается компилятором динамически и максимальный размер строки в текущих реализациях составляет 2 гигабайта. Кроме того, в Free Pascal в качестве string может использоваться тип WideString, где применяется 16-битное представление символов в кодировке UCS2.

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.

Указатели

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, запись. Тип типизированного указателя может быть задан перед объявлением типа на который он ссылается. Это исключение к правилу, которое гласит, что любая вещь должная быть объявлена перед тем, как используется. Введение этого исключения позволило организовывать рекуррентные определения структур данных, в том числе такие, как линейные списки, стеки и очереди, включая указатель на запись в описании этой записи (см. также нулевой указатель(nil)).

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

Чтобы создать новую запись и присвоить значение 10 и символ A полям a и b 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);

Операторы управления выполнением программы

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

while a <> b do  { цикл с предусловием }
  writeln('Ожидание');
 
if a > b then  { условный оператор }
  writeln('Условие выполнилось')
else           { else-секция - может отсутствовать}
  writeln('Условие не выполнилось');
 
for i := 1 to 10 do  { итерационный цикл }
  writeln('Итерация №', i:1);
 
repeat  { цикл с постусловием }
  a := a + 1
until a = 10;
 
case i of  { условный оператор множественного выбора }
  0: write('ноль');
  1: write('один');
  2: write('два')
  else write('неизвестное число') { else-секция - может отсутствовать}
end;