Введение в язык программирования синтаксис программы кратко

Обновлено: 03.07.2024

Современные компьютеры невероятно быстры и постоянно становятся еще быстрее. Однако они также имеют некоторые существенные ограничения: они изначально понимают только ограниченный набор команд, и им нужно точно сказать, что делать.

Компьютерная программа (также обычно называемая приложением) – это набор инструкций, которые компьютер может выполнить для выполнения некоторой задачи. Процесс создания программы называется программированием. Программисты обычно создают программы, создавая исходный код (обычно сокращено говорят просто код), который представляет собой список команд, введенных в один или несколько текстовых файлов.

Набор физических компонентов компьютера, из которых состоит компьютер, и которые выполняют программы, называется аппаратным обеспечением. Когда компьютерная программа загружается в память и аппаратное обеспечение последовательно выполняет каждую инструкцию, это называется запуском или выполнением программы.

Машинный язык

Центральный процессор (CPU) компьютера не понимает язык C++. Ограниченный набор инструкций, которые CPU может понимать напрямую, называется машинным кодом (или машинным языком, или набором инструкций).

Вот пример инструкции машинного языка: 10110000 01100001 .

Когда были изобретены первые компьютеры, программистам приходилось писать программы непосредственно на машинном коде, что было очень трудно и отнимало много времени.

Как организованы эти инструкции, выходит за рамки данного введения, но интересно отметить две вещи.

Язык ассемблера

Поскольку людям трудно читать и понимать машинный код, был изобретен ассемблер. В языке ассемблера каждая инструкция идентифицируется коротким сокращением (а не набором битов), и могут использоваться имена и другие числа.

Вот та же инструкция, что и выше, но на языке ассемблера: mov al, 061h .

Это сделало разработку намного проще для чтения и записи, чем машинный код. Однако CPU не понимает ассемблер напрямую. Вместо этого программа на ассемблере, прежде чем она сможет быть выполнена компьютером, должна быть переведена на машинный код. Это делается с помощью программы, называемой ассемблером. Программы, написанные на языках ассемблера, обычно бывают очень быстрыми, и ассемблер всё еще используется сегодня, когда очень важна скорость выполнения программы.

Однако у ассемблера всё же есть недостатки. Во-первых, языки ассемблера по-прежнему требуют использования множества инструкций даже для простых задач. Хотя отдельные инструкции в некоторой степени удобочитаемы, понимание того, что делает вся программа, может быть сложной задачей (это немного похоже на попытку понять предложение, рассматривая каждую букву по отдельности). Во-вторых, язык ассемблера по-прежнему не очень портируем – программа, написанная на ассемблере для одного процессора, скорее всего, не будет работать на аппаратном обеспечении, использующем другой набор инструкций, и ее придется переписывать или сильно модифицировать.

Высокоуровневые языки

Чтобы решить проблемы удобочитаемости и переносимости, были разработаны новые языки программирования, такие как C, C++, Pascal (и более поздние языки, такие как Java, Javascript и Perl). Эти языки называются языками высокого уровня, поскольку они разработаны, чтобы позволить программисту писать программы, не беспокоясь о том, на каком компьютере будет выполняться программа.

Вот всё та же инструкция, что и выше, на C/C++: a = 97;

Как и программы на ассемблере, программы, написанные на языках высокого уровня, прежде чем их можно будет запустить, должны быть переведены в формат, понятный компьютеру. Это можно сделать двумя основными способами: компиляция и интерпретация.

Компилятор – это программа, которая читает исходный код и создает автономную исполняемую программу, которую затем можно запустить. После того, как ваш код был преобразован в исполняемый файл, вам не нужен компилятор для запуска программы. Вначале компиляторы были примитивными и создавали медленный, неоптимизированный код. Однако с годами компиляторы стали очень хороши в создании быстрого, оптимизированного кода и в некоторых случаях могут делать его лучше, чем люди, пишущие на ассемблере!

Ниже показано упрощенное представление процесса компиляции:

Рисунок 1 – Пример сборки приложения

Поскольку программы на C++ обычно компилируются, мы вскоре рассмотрим компиляторы более подробно.

Интерпретатор – это программа, которая непосредственно выполняет инструкции в исходном коде, не требуя их предварительной компиляции в исполняемый файл. Интерпретаторы, как правило, более гибки, чем компиляторы, но менее эффективны при запуске программ, потому что при запуске программы каждый раз должен выполняться процесс интерпретации. Это означает, что при каждом запуске программы требуется интерпретатор.

Ниже показано упрощенное представление процесса интерпретации:

Рисунок 2 – Пример интерпретации

Дополнительная информация

Ни один из подходов не имеет перед другим явного преимущества – если бы один подход всегда был лучше, велика вероятность, что мы стали бы использовать его повсюду!

В целом, компиляторы имеют следующие преимущества:

В целом, у компиляторов есть следующие недостатки:

В целом, у интерпретаторов есть следующие преимущества:

Поскольку они могут читать код в том виде, в каком он написан, и им не нужно выполнять дорогостоящие операции для генерации или оптимизации кода, они, как правило, запускаются быстрее, чем компиляторы.
Поскольку интерпретаторы могут видеть, что делает программа во время ее выполнения, интерпретаторы могут использовать ряд динамических оптимизаций, которые компиляторы могут не видеть.

В целом, у интерпретаторов есть следующие недостатки:

Интерпретаторы обычно используют больше памяти, чем компиляторы, потому, что интерпретатору необходимо хранить больше информации о программе, доступной во время выполнения.
Интерпретаторы обычно тратят некоторое время процессора внутри кода для интерпретатора, что может замедлить выполнение программы.

Многие современные реализации JavaScript используют аналогичные приемы. Большая часть кода JavaScript короткая и не так уж много чего делает, поэтому обычно начинают с интерпретатора. Однако если станет ясно, что код запускается неоднократно, многие JS-движки скомпилируют код (или, по крайней мере, скомпилируют его отдельные части) и оптимизируют его, используя стандартные методы. В конечном итоге код работает быстро при запуске (полезно для быстрой загрузки веб-страниц), а также быстрее работает и при дальнейшем выполнении.

И последняя деталь: языки не компилируются и не интерпретируются. Обычно код C компилируется, но доступны и интерпретаторы C, которые упрощают отладку или визуализацию выполняемого кода (они часто используются при вводном изучении программирования – или, по крайней мере, они использовались раньше). JavaScript считался интерпретируемым языком, пока некоторые JS-движки не начали его компилировать. Некоторые реализации Python являются чисто интерпретаторами, но вы можете найти компиляторы Python, которые генерируют нативный код. Некоторые языки легче компилировать или интерпретировать, чем другие, но ничто не мешает вам создать компилятор или интерпретатор для любого конкретного языка программирования. Теоретический результат, называемый проекциями Футамуры, показывает, что всё, что можно интерпретировать, можно и скомпилировать.

Высокоуровневые языки обладают многими необходимыми свойствами.

Во-первых, на языках высокого уровня намного легче читать и писать, потому что команды ближе к естественному языку, который мы используем каждый день.

Во-вторых, высокоуровневые языки требуют меньшего количества инструкций, чем низкоуровневые языки, для выполнения одной и той же задачи, что делает программы более краткими и легкими для понимания. В C++ вы можете сделать что-то вроде a = b * 2 + 5; в одну строку. На ассемблере для этого потребуется 5 или 6 разных инструкций.

В-третьих, программы можно компилировать (или интерпретировать) для многих различных систем, и вам не нужно изменять программу для работы на разных процессорах (вы просто перекомпилируете ее для конкретного процессора). В качестве примера:

Рисунок 3 – Пример портируемости приложения

В портируемости есть два общих исключения. Во-первых, многие операционные системы, такие как Microsoft Windows, содержат специфичные для платформы возможности, которые вы можете использовать в своем коде. Это может значительно упростить написание программы для конкретной операционной системы, но за счет усложнения портируемости. В данной серии статей мы избегаем кода, специфичного для какой-либо платформы.

Некоторые компиляторы также поддерживают специфичные для компилятора расширения – если вы их используете, ваши программы без изменений не смогут компилироваться другими компиляторами, которые не поддерживают те же расширения. Мы поговорим об этом позже, когда вы установите компилятор.

Правила, рекомендации и предупреждения

По мере изучения этих руководств мы будем выделять важные моменты в следующих трех категориях:

Правило

Правила – это инструкции, которые вы должны выполнять в соответствии с требованиями языка. Несоблюдение правил обычно приводит к тому, что ваша программа не работает.

Лучшая практика

Лучшие практики – это то, что вам следует делать, потому что такой способ обычно считается стандартным или настоятельно рекомендуется. То есть либо так поступают все (а если вы поступите иначе, то вы будете делать не то, что ожидают), либо это лучше других альтернатив.

Предупреждение

Предупреждения – это то, чего делать не следует, поскольку они обычно приводят к неожиданным результатам.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

ТЕМА: Введение в язык программирования. Основные типы данных

ОЦ: Рассмотреть понятие языка программирования, структура программы, типы данных.

РЦ: Развивать научное и логическое мышление, память, внимание, познавательный интерес к учебе в целом и конкретной дисциплине.

ВЦ: Воспитывать усидчивость, аккуратность, вежливость, настойчивость.

ВИД ЗАНЯТИЯ: Лекция – беседа

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАНЯТИЯ: плакаты, ПК

ХОД ЗАНЯТИЯ:

1.Вводная часть. (5мин)

2. Основная часть – изучение нового материала (60мин)

3. Закрепление (20 мин)

Проверка домашнего задания.

Объяснение новой темы.

Организационный момент: приветствие, отсутствующие, цель.

Выражения и операции

Введение в язык программирования. Основные типы данных.

Язык Паскаль был создан швейцарским программистом Никлаусом Виртом в начале 1970-х гг. как язык для начала серьезного изучения программирования. Вирт назвал его именем выдающегося французского математика Блеза Паскаля (1623-1662 гг.). Паскаль постоянно совершенствовался, и сегодня его наиболее полно представляют версии Turbo Pascal 7.0, Borland Pascal 7.0, а также Object Pascal . По некоторым экспертным оценкам, в той или иной степени он изучается более чем в 65% учебных заведений мира.

Основные сведения о языке Паскаль.

Алфавит языка Паскаль состоит из букв русского и латинского алфавита, арабских цифр, знаков операций (+,-,*,/,=. =), ограничителей (. , : , ; , ',[],(), ). Действительные числа изображаются в естественной и полулогарифмической форме (например, 2Е+5 это 200000).

В языке Паскаль используются различные типы данных. Мы будем пользоваться некоторыми из так называемых стандартных типов данных:

Арифметические операции.

Основные математические функции.

Структура программы на Паскале.

В Паскале существует очень важное правило — любое имя (кроме ключевых слов), используемое в программе, обязательно должно быть предварительно описано. Описать имя — это означает, в первую очередь, присвоить ему соответствующий тип. Программа всегда начинается с заголовка:

Имя программы выбирается произвольно, но оно не должно совпадать с каким-либо ключевым словом и должно быть уникальным.

Далее следует описательная часть, которая может включать в себя несколько разделов.

Раздел описания констант начинается с ключевого слова const , за которым следуют сами описания.

Обратите внимание, что комментарии здесь, в отличие от Бейсика, заключаются в фигурные скобки. Их можно размещать в программе везде, где есть пробелы. Это часто оказывается полезным для документирования программы, да и просто в качестве памятки. На работу программы комментарии никак не влияют.

Раздел описания переменных начинается с ключевого слова var , за которым следуют сами описания. (Напомним, что переменные — это поименованные данные, которые в процессе работы программы могут принимать различные значения.) Например:

Обратите внимание: после имени переменной всегда ставится двоеточие, а любая команда в языке Паскаль заканчивается точкой с запятой.

Раздел описания типов начинается с ключевого слова type и включает в себя описания нестандартных (пользовательских) типов данных. Например, пусть нам для создания картотеки нужно описать такой тип данных, который включал бы поля avt (автор), nazv (название) и god (год издания). Такого типа среди стандартных явно нет, поэтому опишем свой. (Такие структуры называются записями — record .)

Итак, в описательной части, помимо описания подпрограмм, могут иметься четыре раздела: const , var , type . Нужно помнить, что точка с запятой после названия раздела не ставится.

Основные операторы Паскаля.

Ввод данных — это передача информации от внешних устройств в оперативную память. Вводятся, как правило, исходные данные решаемой задачи.

Вывод — обратный процесс, когда данные передаются из оперативной памяти на внешние носители (принтер, дисплей, магнитные устройства и т.д.). Результаты решения всякой задачи должны быть выведены на один из этих носителей.

Основными устройствами ввода-вывода у персонального компьютера являются клавиатура и дисплей (экран монитора). Процедура ввода с клавиатуры имеет следующий формат:

где — это последовательность имен переменных, разделенных запятыми.

Слово read переводится как читать. (Точнее говоря, Read — это оператор обращения к стандартной процедуре ввода.)

При выполнении этого оператора происходит прерывание работы компьютера, после чего пользователь должен набрать на клавиатуре значения переменных а, b , с, d , отделяя их друг от друга пробелами. При этом вводимые значения высвечиваются на экране. В конце нажимают клавишу Enter .

Набираем на клавиатуре:

253.98 100 G ( Enter )

Если в программе имеется несколько операторов Read , то данные для них вводятся потоком, т.е. после считывания значений переменных для одного оператора Read данные для следующего оператора читаются из той же строки на экране, что и для предыдущего до окончания строки, затем происходит переход на следующую строку.

Набираем на клавиатуре:

18758 34 ( Enter )

2.62 E -02 1.54Е + 01 ( Enter )

Другой вариант оператора ввода с клавиатуры имеет вид:

Здесь слово ReadLn означает read line — читать строку. Этот оператор отличается от Read только тем, что после считывания последнего в списке значения для одного оператора ReadLn данные для следующего оператора будут считываться с начала новой строки.

то ввод значений будет происходить из двух строк

18758 34 ( Enter )

2.62 E -02 1.54 E +01 ( Enter )

Оператор вывода на экран (обращение к стандартной процедуре вывода) имеет следующий формат:

Здесь элементами списка вывода могут быть выражения различных типов (в частности, константы и переменные).

Второй вариант процедуры вывода на экран:

Слово WriteLn — write line — означает писать строку. Его действие отличается от оператора write тем, что после вывода последнего в списке значения происходит перевод курсора к началу следующей строки. Оператор WriteLn , записанный без параметров, вызывает перевод строки.

В результате выполнения writeln после вывода информации курсор переводится на следующую строку. Результатом выполнения write (1); writeln; write(-2,3); будет 1

У каждого языка программирования есть синтаксис и семантика. Синтаксис — это совокупность формальных правил написания программ на данном языке, семантика — это смысловое значение написанного.

Важным элементом синтаксиса является алфавит языка, который представляет собой набор всех допустимых в языке символов.

Зарезервированными являются такие слова, смысл которых однозначно трактуется компилятором языка и другим быть не может. Вот почему их нельзя использовать иначе, чем по прямому назначению. В отличие от зарезервированных слова пользователя задаются самим программистом и им же определяется смысл их использования.

Например, в Turbo Pascal используются следующие зарезервированные слова: and, asm, array, begin, case, const, constructor, destructor, div, do, downto, else, end, file, for и др.

При наборе программы эти слона отображаются на экране белым цветом, напоминая нам, что они являются ключевыми.

Идентификаторы, или имена, могут присваиваться константам, переменным, меткам, типам, объектам, процедурам, функциям, модулям, программам, полям записей, иными словами, всему тому, что может быть поименовано. Важно познакомиться с правилами оформления идентификаторов. Любые ошибки в написании имен приведут к синтаксической ошибке, и программа не будет выполняться.

Правила оформления констант также играют важную роль в синтаксисе языка программирования. Например, при записи десятичных дробей используется десятичная точка, а не запятая, символьные данные оформляются в кавычках, аргумент функции всегда оформляется в скобках, следующих за именем функции, и т. д.

Любой язык программирования имеет целый ряд встроенных функций, т.е. готовых программ, одно обращение к которым по их имени приводит к получению результата, например sin (х), cos(x), log(x) и т.д. Напомним, что функция sqrt (х) обеспечивает нахождение квадратного корня из указанного аргумента.

Алгоритм, записанный на языке программирования, называется программой.

Каждый шаг алгоритма представлен некоторой командой. Команды в программе оформляются по правилам языка программирования и называются операторами языка программирования. Заметим, что для любой программы характерен естественный порядок исполнения команд, т.е. команды исполняются в порядке их написания в программе. Этот порядок может быть нарушен командами передачи управления (операторами перехода), которые относятся к управляющим командам, т.е. таким, которые не выполняют непосредственно обработку информации, а управляют работой программы.

Любая программа выполняется в результате ее трансляции — перевода записи операторов на язык компьютера. Каждый оператор в программе после трансляции будет представлен набором кодов команд. Эти команды выполняются в оперативной памяти компьютера.

Все константы и переменные размещаются в своих ячейках памяти в соответствии с присвоенными им идентификаторами — именами.

Код команды содержит не только эти имена данных, но и адреса ячеек оперативной памяти, в которых размещается значение соответствующих данных, а также код самой операции, предусмотренной в операторе. Операция может быть арифметической (сложение, вычитание, умножение, деление), встроенной функцией (которые сами являют собой набор команд), логической (сравнения) или управления (переход, ввод, вывод, старт, стоп, конец, пауза или задержка).

Интересно отметить еще одну особенность выполнения команд в компьютере. Например, основной арифметической командой является сложение. Операция вычитания представлена в компьютере как сложение с отрицательным числом, а операция умножения — как многократное сложение, соответственно операция деления — как многократное вычитание. Выполняет эти операции в компьютере сумматор. При этом важнейшую роль играет способ представления чисел в компьютере: целых, дробных, положительных и отрицательных. Правила записи этих чисел есть в синтаксисе языка и их следует неукоснительно выполнять.

Операторы языка программирования позволяют приступить к написанию простейших программ с использованием типовых алгоритмических конструкций.

Математическая запись формулы, записанная по правилам языка программирования справа от знака присваивания, называется арифметическим выражением. Арифметические выражения используются повсеместно при работе с компьютером — в программах-калькуляторах, электронных таблицах, что будет рассмотрено в дальнейшем. Важную роль в записи арифметического выражения играют встроенные функции, которые сами представляют собой команды для компьютера, требующие вычисления, а также скобки, позволяющие четко определить порядок операций в арифметическом выражении, в том числе для оформления дробного выражения с помощью деления числителя на знаменатель.

Оператор присваивания. Этот оператор работает так: результат вычисления выражения в правой части требуется присвоить в качестве значения переменной Y. Именно потому, что данный оператор выполняет функции не только вычисления, но и присваивания, в левой его части не может быть выражения, а только имя одной переменной — ячейки памяти компьютера, в которую производится запись результата вычисления.

Оператор ввода данных. Этот оператор размещает данные в оперативной памяти компьютера. Имена переменных, записанных в операторе INPUT в произвольном порядке, получают значения, вводимые с клавиатуры в этом же порядке, т.е. первой переменной соответствует первое введенное значение, второй — второе и т.д. Синтаксис оператора в общем виде будем называть его форматом.

Оператор вывода. Этот оператор предназначен для вывода результатов или на экран монитора или на принтер.

Существуют два вида операторов (команд) перехода. Оператор безусловного перехода передает управление к другой команде всегда, вне зависимости от каких бы то ни было условий.

Оператор условного перехода передает управление только в случае истинности некоторого условия, а в противном случае — просто игнорируется.

Смысл этого оператора состоит в том, что если условие истинно, то выполняется оператор или группа операторов, следующих за словом THEN, а если условие ложно, то выполняется оператор или группа операторов, следующих за словом ELSE (иначе). Конструкция ELSE здесь заключена в квадратные скобки. По правилам описания форматов это означает ее необязательность. В случае отсутствия в формате конструкции ELSE оператор выполняет также действия: если условие истинно, то выполняется оператор или группа операторов, следующих за словом THEN, а в противном случае — оператор, следующий за оператором IF в программе. Если используется группа операторов, то они разделяются двоеточиями.