Instrukcje języków programowania

Transkrypt

1 Instrukcje języków programowania Olsztyn Wojciech Sobieski

2 Instrukcje Instrukcje są jednym z najbardziej podstawowych elementów języka programowania. Podstawowe instrukcje, występujące w wielu językach programowania (np. FORTRAN, PASCAL, BASIC) to: instrukcje czynne - związane są bezpośrednio z tokiem obliczeń i wpływają na wartości poszczególnych zmiennych, instrukcje bierne - są elementami pomocniczymi, służącymi do organizacji kodu źródłowego i określenia ogólnych właściwości poszczególnych obiektów. Czasami instrukcje służące do deklaracji typów zmiennych oraz segmentów nazywa się deklaratorami.

3 Instrukcje Instrukcje czynne: instrukcje przypisania, instrukcje sterujące: skoku, zatrzymania, wstrzymania, końca, powrotu, warunkowa, wyboru, powtórzeń (pętli), wejścia-wyjścia. Instrukcje bierne: specyfikacje segmentów i ich wejść, specyfikacje cech obiektów, specyfikacje formatu danych, instrukcje funkcji i procedur, instrukcje inicjowania danych.

4 Instrukcje program p_12_14 include 'p_12_14_types.inc' oblicz(f,l,a,e) = (F*l)/(A*E) include 'p_12_14_values.inc' dl = oblicz(f,l,a,e) print '(A,F6.2,A)', 'Pret wydluzy sie o : ',dl*1000,' [mm]' read(*,*) end

5 Instrukcje program p_12_05 real x,y,z x = 1. y = 1. write(*,*) oblicz(x,y) read(*,*) end real function oblicz(x,y) oblicz = x+y end

6 Instrukcje program p_08_10 character key do while(.true.) print '(A$)', 'Wcisnij klawisz [Ctrl+C - koniec]: ' read(*,*) key print *, 'Numer ASCII = ',ichar(key) end do read(*,*) end

7 Instrukcje czynne Instrukcja przypisania - zwana inaczej instrukcją podstawienia, pozwala nadawać zmiennym określoną wartość. Instrukcja przypisania ma postać: zmienna = wyrażenie gdzie zmienna oznacza zmienną prostą lub element tablicy, zaś wyrażenie jest dowolną wartością liczbową, logiczną lub tekstową (w zależności od typu zmiennej) lub odpowiednio wzorem matematycznym, funkcją tekstową lub zwrotem logicznym.

8 Instrukcje czynne Zależnie od języka programowania, jako symbol przypisania stosuje się znak = (np. FORTRAN, BASIC), := (np. PASCAL) lub też wyrażenie słowne. W wyniku zastosowania instrukcji przypisania zmienia się bezpowrotnie wartość lewej strony zależności, elementy strony prawej nie ulegają zmianie. Tworząc instrukcję przypisania pamiętać należy o odpowiednim doborze typów i konsekwencjach ich mieszania. Warto podkreślić, że instrukcja przypisania nie jest tożsama ze wzorem matematycznym, stąd możliwe są podstawienia typu i = i+1, fałszywe z punktu widzenia matematyki, ale poprawne i często stosowane w językach programowania.

9 Instrukcje czynne Instrukcja skoku służy do przeniesienia punktu sterowania w inne, wcześniej zdefiniowane, miejsce programu. Instrukcja skoku nie jest zalecana przez teoretyków programowania, jednak często znacznie ułatwia realizację algorytmu. Instrukcja skoku ma ogólną postać logiczną: IDŹ DO nazwa_miejsca gdzie nazwa_miejsca musi być już jednoznacznie zdeklarowana: może to być etykieta (FORTRAN) lub label (PASCAL). Fortran: GO TO etk.

10 Instrukcje czynne Instrukcja zatrzymania służy do bezwarunkowego zakończenia wykonywanego programu. Instrukcja często spotykana w blokach podejmowania decyzji, uruchamiana gdy nie są spełnione warunki do wykonywania dalszych działań. Fortran: STOP ['zmienna_tekstowa']

11 Instrukcje czynne Instrukcja wstrzymania służy do chwilowego zatrzymania wykonywania programu. Kontynuacja może być podjęta wskutek działania użytkownika bądź też po upływie określonego czasu. Fortran: PAUSE ['zmienna_tekstowa']

12 Instrukcje czynne Instrukcja powrotu służy do wyjścia z podprogramu, procedury, funkcji lub też do wskazania ponownego wykonania pętli. Fortran: RETURN [n]

13 Instrukcje czynne Instrukcja końca służy do określenia końca programu, procedury, funkcji, bloku deklaracji, bloku instrukcji bądź bloku inicjacji danych. Fortran: END END IF END DO END SELECT

14 Instrukcje czynne Instrukcje warunkowe służą do podejmowania decyzji w zależności od postawionych warunków: lub JEŻELI warunek TO instrukcja JEŻELI warunek_1 TO instrukcja_1 W INNYCH PRZYPADKACH instrukcja_2 gdzie warunek jest dowolnym wyrażeniem arytmetycznym, relacją lub wyrażeniem logicznym, a instrukcja dowolnym blokiem poleceń, wykonywanym gdy warunek jest prawdziwy.

15 Instrukcje czynne Często zachodzi konieczność rozważenia większej liczby możliwości, wówczas stosuje się inną konstrukcję logiczną: JEŻELI warunek_1 TO instrukcja_1 JEŻELI ZAŚ warunek_2 TO instrukcja_2 JEŻELI ZAŚ warunek_3 TO instrukcja_3 JEŻELI ZAŚ warunek_4 TO instrukcja_4 W INNYCH PRZYPADKACH instrukcja_n Zależnie od języka programowania budowa instrukcji warunkowych może być nieco inna, mogą też występować odmiany instrukcji. Tworząc instrukcję warunkową należy uwzględnić wszystkie możliwe przypadki zaniedbanie może spowodować błędne działanie programu lub też jego zawieszenie.

16 Instrukcje czynne Fortran: IF (wyrażenie) instrukcja IF (zmienna) etk._1, etk._2, etk._3 IF (wyrażenie_1) THEN {...} ELSE IF (wyrażenie_2) THEN {...} ELSE {...} END IF

17 Instrukcje czynne Inną typową instrukcją warunkową, występującą w wielu językach programowania, jest instrukcja wyboru (CASE) o ogólnej postaci logicznej: WYBIERZ ZALEŻNIE OD WARTOŚCI zmienna JEŻELI (lista_przypadków_1) TO instrukcja_1 JEŻELI (lista_przypadków_2) TO instrukcja_2 JEŻELI (lista_przypadków_3) TO instrukcja_3 JEŻELI (lista_przypadków_4) TO instrukcja_4... DOMYŚLNIE instrukcja_n

18 Instrukcje czynne gdzie zmienna jest identyfikatorem zmiennej, zaś lista_przypadków zawiera oczekiwane wartości, dla których mają być wykonane odpowiednie instrukcje. W instrukcji wyboru występuje często możliwość określenia wartości domyślnej - instrukcja_n, dla przypadku, gdy wartość zmiennej nie należy do żadnej wymienionej wyżej listy przypadków. Konkretna realizacja instrukcji wyboru zależy od składni użytego języka programowania. Instrukcja wyboru CASE może być realizowana tylko dla zmiennej całkowitej lub logicznej.

19 Instrukcje czynne Fortran: SELECT CASE (zmienna) CASE (lista_przypadków_1) {...} CASE (lista_przypadków_2) {...}... {...} CASE DEFAULT {...} END SELECT

20 Instrukcje czynne Instrukcje powtórzeń (pętle) służą do wielokrotnego wykonania tego samego bloku instrukcji. Rozróżnia się dwa podstawowe typy instrukcji powtórzeń: o znanej z góry liczbie powtórzeń: - realizowane od dołu, - realizowane od góry, o nieznanej z góry liczbie powtórzeń: - z warunkiem na początku, - z warunkiem na końcu.

21 Instrukcje czynne Ogólna postać logiczna pętli o znanej liczbie powtórzeń wygląda następująco: POWTARZAJ OD wartość_1 DO wartość_2 { instrukcje } gdzie wartość_1 i wartość_2 są liczbami typu całkowitego, a instrukcje dowolnym zestawem poleceń. Zestaw poleceń musi posiadać wskazanie początku i końca bloku. Czasami możliwe jest również określenie kroku przyrostu licznik pętli nie musi bowiem wzrastać lub maleć zawsze o 1.

22 Instrukcje czynne Fortran: DO licznik = początek, koniec, krok {...} END DO etk. DO etk. licznik = początek, koniec, krok {...} CONTINUE DO etk. licznik = początek, koniec, krok etk. {...}

23 Instrukcje czynne Ogólna postać logiczna pętli o nieznanej liczbie powtórzeń z warunkiem na początku wygląda następująco (tzw. warunek WHILE w PASCALU): JEŻELI warunek = prawda WYKONAJ instrukcje I POWRÓĆ = fałsz WYJDŹ Z PĘTLI Należy podkreślić, że w przypadku, gdy warunek jest od razu fałszywy blok instrukcje nie zostanie wykonany ani razu. Fortran: DO WHILE (warunek) {...} END DO

24 Instrukcje czynne Ogólna postać logiczna pętli o nieznanej liczbie powtórzeń z warunkiem na końcu wygląda następująco (tzw. warunek REPEAT-UNTIL w PASCALU): WYKONAJ instrukcje I JEŻELI warunek = prawda WYJDŹ Z PĘTLI = fałsz POWRÓĆ W tym przypadku blok instrukcje wykonany zostanie przynajmniej raz. Fortran: Brak odpowiednika

25 Instrukcje czynne Instrukcje wejścia-wyjścia (I-O) służą do przesyłania danych pomiędzy różnymi elementami komputera, takimi jak monitor, klawiatura, drukarka czy plik. Dla informacji wysyłanych domyślnym urządzeniem jest monitor, zaś dla informacji wczytywanych: klawiatura. Przesyłane informacje składają się z rekordów. Rekord jest to elementarna porcja informacji, jaka może być przesyłana pomiędzy urządzeniami zewnętrznymi a pamięcią operacyjną. W przypadku monitora i klawiatury pojedynczy rekord odpowiada wierszowi znaków na ekranie monitora, w przypadku drukarki wierszowi poleceń.

26 Instrukcje czynne Proces wprowadzania i wyprowadzania danych może być ograniczony do jednej tylko zmiennej, lub może być bardziej rozbudowany służą do tego celu tzw. listy wejścia i wyjścia. Lista zawiera spis zmiennych, którym mają być przypisywane wprowadzane wartości według ich kolejności. Ważne jest, aby wartości wprowadzane odpowiadały zadeklarowanym typom zmiennych i aby liczba wprowadzonych wartości była zgodna z liczbą elementów listy. Składnikami listy mogą być zmienne proste, elementy tablic, łańcuchy znakowe oraz nazwy tablic (oznacza to przesłanie wszystkich elementów tej tablicy).

27 Instrukcje czynne Fortran: PRINT *, x,y,z WRITE(*,*) x,y,z READ(*,*) x,y,z

28 Instrukcje bierne Specyfikacje segmentów i ich wejść służą do wyodrębniania określonych bloków instrukcji i poleceń stanowiących pewną logiczną całość. Segmentem może być procedura, funkcja, moduł, blok inicjalizacji danych i inne. Segmenty mogą być wywoływane w głównym bloku programu lub też w innych segmentach (co zależy często od odpowiedniej deklaracji).

29 Instrukcje bierne Procedura samodzielny fragment programu, posiadający zazwyczaj budowę podobną do segmentu głównego: zawiera oznaczenie początku i końca, obszar deklaracji typów, bloki instrukcji, itd. Procedura może być wywoływana w segmencie głównym lub w innych procedurach. W całym programie może być zazwyczaj tylko jedna procedura o określonej nazwie, (ilość procedur jest nieograniczona).

30 Instrukcje bierne Ogólna zasada logiczna stosowania procedur: POCZĄTEK BLOKU segment instrukcje WYWOŁAJ PROCEDURĘ nazwa instrukcje KONIEC BLOKU segment PROCEDURA nazwa instrukcje KONIEC PROCEDURY nazwa gdzie segment oznacza główny segment programu lub inną procedurę, instrukcje dowolny zestaw poleceń i instrukcji, nazwa identyfikator procedury.

31 Instrukcje bierne W przypadku procedur sterowanych zdarzeniami w systemie (dotyczy języków wizualnych, takich jak np. Delphi czy Access), ogólna postać logiczna składni jest następująca: PROCEDURA nazwa JEŻELI zdarzenie instrukcje KONIEC PROCEDURY nazwa Zdarzenie dowolne działanie wykonane przez program lub użytkownika (zdarzeniem może być np. kliknięcie myszką, naciśnięcie klawisza, wybór elementu menu, najechanie kursorem na element formularza, aktywacja lub zamknięcie formularza, itd.).

32 Instrukcje bierne Fortran: {...} CALL nazwa(lista_parametrów_wywołania) {...} SUBROUTINE nazwa (lista_parametrów_wywołania) {...} RETURN {...} END

33 Instrukcje bierne Object Pascal (Delphi): procedure TFormGlowny.KlawiszPowiekszanieClick(Sender: TObject); begin try Skalowanie2D(1.1); Rysuj; except end; end;

34 Instrukcje bierne Funkcja jest to samodzielny segment programu. W odróżnieniu od procedury, funkcja zawsze zwraca jakiś wynik. Funkcja wymaga zazwyczaj przekazania listy zmiennych o określonych typach. Ogólna postać logiczna funkcji jest następująca: FUNKCJA nazwa (lista_zmiennych) instrukcje KONIEC FUNKCJI nazwa gdzie nazwa jest identyfikatorem funkcji, instrukcje - dowolnym zestawem poleceń i instrukcji, zaś lista_zmiennych uporządkowanym zbiorem nazw zmiennych, niezbędnych do obliczenia funkcji. W funkcjach mogą być wykorzystane zmienne dowolnych typów.

35 Instrukcje bierne Fortran: TYP FUNCTION nazwa_funkcji (lista_argumentów_wywołania) nazwa_funkcji = wyrażenie_arytmetyczne END

36 Instrukcje bierne Cechy procedury (Fortran): Nie może być wywoływana w wyrażeniu, Może, ale nie musi pobierać argumentów, Nie musi zwracać wyniku (jeżeli zwraca to może to być wiele wartości zmiennych o różnych typach). Cechy funkcji (Fortran): Jest wywoływana w wyrażeniu, Zazwyczaj musi być wywoływana z listą argumentów, Musi zawsze zwracać wynik (w postaci zmiennej o określonym typie).

37 Instrukcje bierne Specyfikacje cech obiektów służą do określenia pewnych właściwości zmiennych, procedur lub funkcji. Zazwyczaj jest to rodzaj definiowanego obiektu (zmienna czy stała), rozmiar zmiennej indeksowanej, obszar obowiązywania (obiekt publiczny czy lokalny ), zasady organizacji pamięci, itd. Zależnie od języka programowania, jego możliwości w zakresie definicji cech obiektów mogą być bardzo zróżnicowane. Fortran: REAL, ALLOCATABLE :: x(:) ELEMENTAL TYP FUNCTION nazwa_funkcji (lista_arg._wywołania) nazwa_funkcji = wyrażenie_arytmetyczne END

38 Instrukcje bierne Specyfikacje formatu danych służą do określania wyglądu zmiennych podczas wyprowadzania lub wprowadzania danych. Fortran: etk. FORMAT(wzorzec_formatowania) Procesowi formatowania podlegają najczęściej następujące elementy:

39 Instrukcje bierne całkowita liczba zajmowanych znaków. W przypadku gdy liczba znaków jest krótsza od zadeklarowanej, pozostałe znaki uzupełniane są spacjami (z przodu lub na końcu). W przypadku zaś, gdy liczba znaków jest dłuższa, znaki ostatnie są obcinane lub też zgłaszany jest błąd wejścia-wyjścia. Spacja, znak wartości liczby (plus-minus) czy separator dziesiętny zajmują jeden znak.

40 Instrukcje bierne liczba cyfr po przecinku (dla liczb rzeczywistych). Należy pamiętać, że zmiana formatu nie wpływa na zapisaną w pamięci komputera, bieżącą wartość danej ani też na jej dokładność. Przykład formatu zmiennej o wartości 1234,56789:

41 Instrukcje bierne znak separatora dziesiętnego (dla liczb rzeczywistych) przecinek lub kropka. Znak separatora może być definiowany w języku programowania lub też może być zmieniany poprzez zastosowanie własnoręcznie napisanej funkcji.

42 Instrukcje bierne postać danej (dla liczb rzeczywistych). Dostępne możliwości to postać prosta lub wykładnicza. W postaci wykładniczej można zazwyczaj określić całkowitą liczbę znaków oraz ilość cyfr wykładnika. Przykład formatu zmiennej o wartości 1234,56789 w postaci wykładniczej.

43 Instrukcje bierne sposób interpretacji znaku wartości liczby. Domyślnie liczby dodatnie nie posiadają podczas wyświetlania na monitor (lub zapisu do pliku) znaku +, można to jednak zmienić w większości języków programowania.

44 Instrukcje bierne sposób interpretacji spacji (dotyczy wprowadzania danych). Określa, czy podczas wprowadzania wartości liczbowych, znak spacji ma być ignorowany czy też nie.

45 Instrukcje bierne sposób zapisu czasu i daty. W przypadku czasu określa dokładność wyświetlania, (godzina, minuta, sekunda), zaś w przypadku daty określa kolejność składników oraz sposób wyświetlania roku (dwie lub cztery cyfry).

46 Instrukcje bierne Instrukcje inicjowania danych służą do nadawania początkowych wartości zmiennych. Nadają się szczególnie do określania wartości wektorów i tablic - jest to zazwyczaj znacznie wygodniejsze i szybsze niż indywidualne przypisywanie wartości każdemu elementowi zmiennej indeksowanej.

47 Instrukcje bierne Fortran: BLOCK DATA nazwa deklaracja typów definicja wspólnych bloków pamięci instrukcją COMMON nadanie wartości początkowych zmiennym instrukcją DATA END

48 Wyjątki Wyjątki - są to różne błędy, mogące pojawić się podczas działania programu. Przykładem może być dzielenie przez zero lub wprowadzenie nieodpowiedniego typu danej. Program zgłosi wówczas błąd i przestanie działać (czasem nawet zawiesi komputer). Aby tego uniknąć konieczne jest zastosowanie odpowiednich środków zaradczych. Można to uzyskać na kilka sposobów: poprzez stosowanie obsługi wyjątków, poprzez tworzenie własnych procedur wprowadzania danych, poprzez stosowanie tzw. masek wprowadzania.

49 Wyjątki Stosowanie obsługi wyjątków. Niektóre języki posiadają specjalne instrukcje pozwalające na kontrolę i eliminację błędów. Ogólna struktura logiczna obsługi błędów jest następująca WYKONAJ instrukcje A JEŚLI SIĘ COŚ NIE UDA instrukcje KONIEC

50 Wyjątki lub WYKONAJ instrukcje A JEŚLI SIĘ COŚ NIE UDA GDY błąd_1 TO instrukcja_1 GDY błąd_2 TO instrukcja_2 GDY błąd_3 TO instrukcja_3... KONIEC Zależnie od języka programowania i jego implementacji obsługa błędów może dotyczyć dowolnej instrukcji w programie lub też wybranego zbioru instrukcji (np. tylko instrukcje wejścia-wyjścia). Pozostałe fragmenty programu muszą być wówczas zabezpieczane inaczej.

51 Wyjątki Object Pascal (Delphi): procedure TFG.WczytajDane; begin try AssignFile(Plik,'tmp.txt'); Reset(Plik); ReadLn(Plik,x,y); finally CloseFile(Plik); DeleteFile('tmp.txt'); end; end;

52 Wyjątki Tworzenie własnych procedur wprowadzania danych. Proces wprowadzania danych można tak zorganizować, że program nie przyjmie żadnej innej wartości niż prawidłowa. Poprzez odpowiednie stosowanie instrukcji warunkowych można określić dopuszczalny typ danej oraz zakres jej wartości. W każdym innym przypadku program wyświetli komunikat o błędzie i poprosi o ponowne wprowadzenie danej. Taki system nie spowoduje przerwania pracy programu.

53 Wyjątki Fortran: 10 call system('cls') print '(/A$)', ' Podaj n: ' read(*,*,err=10), n if (n<1.or.n>10) goto 10 print '(/A,I2)', ' Wprowadzono wartosc: ',n

54 Wyjątki Stosowanie tzw. masek wprowadzania. Maska wprowadzania jest to pewien wzór, według którego mają być wprowadzane dane. W takim przypadku nie da się wprowadzić danych o innym wzorze niż zadeklarowany. Maski wprowadzania występują jedynie w aplikacjach posiadających formularze.

55 Dziękuję za uwagę Olsztyn Wojciech Sobieski