Программирование с нуля
Данная статья описывает основные конструкции в программировании и предназначена для тех, кто хочет в этом разобраться. Но статья не описывает все нюансы, потому что их слишком много. Если описывать их все, будет очень нудно и непонятно.
Использовать будем си-подобный синтаксис, то есть подобный языку си, но не будем вникать в заголовочные файлы, указатели и другие особенности относительно низкоуровневых языков, перейдём на синтаксис более высокоуровневых языков, которые сделают рутинную работу за нас. А конкретно, будем использовать синтаксис языка Java. Добро пожаловать под кат.
Двоичная система счисления
Числа в двоичной системе счисления состоят всего из двух знаков. Нуля и единицы. 00000001 – число один. 00000010 – число два. 00000100 – число 4. Как вы можете заметить, когда единица смещается влево, число увеличивается в два раза. Чтобы получилось число 3, необходимо написать 00000011. Таким образом можно составить все необходимые числа. В данном примере мы использовали двоичное число с восемью знаками, иначе говоря число восьмиразрядное. Чем больше у числа разрядов, тем большее оно может вместить значение. Например, восьмиразрядное число вмещает максимальное значение 255, если считать ноль, тогда 256, а в программировании ноль считается всегда. Если увеличить разряд на один, получится девятиразрядное число и его вместимость увеличится в два раза, то есть станет 512. Но так в программировании никогда не делается и обычно каждая следующая разрядность увеличивается вдвое. Один разряд, потом 2 разряда, потом 4 разряда, потом 8 разрядов, потом 16 разрядов, потом 32 разряда и далее.
Шестнадцатеричная система счисления
Всё аналогично двоичной, только вместо нулей и единиц участвуют цифры от 0 до 15. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, где A – 10, B – 11, C – 12, D – 13, E – 14, F – 15.
Знак минус в программировании
Буквы и знаки
Буквы, знаки, смайлики и так далее обозначаются также числами. Буква А может быть числом 00000001 или любым другим, или даже комбинацией чисел в зависимости от кодировки символов. Кодировок много.
Типы данных
В программировании есть типы данных. Числовые, такие как 233, которые разобрали выше. Называются почти везде int, от слова integer. С плавающей запятой, такие как 198,76, называются почти везде float. У букв тип char, у строк тип String. Тип bool имеет два значения – истина (true) и ложь (false). У этого типа реализация в разных языках разная, но самая простая, когда ноль — значит ложь, а любое другое число истину. Нестандартные типы данных, такие как числа с фиксированной запятой, рассматривать не будем.
Применение
Прежде чем использовать числа в программировании их нужно объявить, то есть сказать с помощью языка программирования, что они существуют.
Это стандартное объявление примитивного типа.
Сначала пишем тип, потом имя переменной, то есть нашего числа. Всегда заканчиваем наше выражение, да и любое, точкой с запятой.
Теперь мы можем использовать переменную по её имени.
Здесь мы присвоили переменной значение. В отличии от математики в программировании = значит взять значение справа и присвоить переменной слева. = — это знак/оператор присвоения.
Можно объединить объявление и присвоение, то есть сразу инициализировать переменную.
Буквы выделяются одинарными кавычками, строки выделяются двойными кавычками. Числа типа int не выделяются.
К числам с плавающей запятой одинарной точности в конце добавляется f.
К числам с плавающей запятой двойной точности ничего не добавляется.
Операторы
После того как мы записали наше выражение, например сложения,
получается значение. Но так как оно ни одной переменной не присваивается, оно исчезает. Чтобы присвоить значение переменной используется специальный оператор присвоения, который коротко описан выше.
Повторим ещё раз. Он берёт значение со своей правой стороны и присваивает его переменной в левой стороне. Это оператор =, и он не имеет ничего общего со знаком равно из математики.
Также у нас есть логические операторы, такие как (больше),
Знакомство с Pascal: написание первой программы
Основные теоретические понятия программирования и среды разработки. Кроме теоретических понятий рассмотрим конкретно язык программирования Паскаль. Выполним три практических задачи. В этих задачах рассмотрены темы объявления переменных и примеры работы с тремя основными типами данных, а также примеры вывода и ввода данных.
В настоящее время профессия программиста очень востребована на рынке труда. Во многие предприятия, практически во всех сферах деятельности требуются хорошие программисты. Существует множество различных языков программирования, каждый из которых больше или меньше подходит для решения той или иной задачи.
Но, несмотря на большое разнообразие языков программирования, все они имеют одну основу – фундамент, который можно увидеть практически во всех языках программирования. Конечно, различные операторы (команды в программировании) в разных языках программирования пишутся, а иногда и строятся по-разному, но суть и принцип их использования остается примерно одинаковым, поэтому если знать основы программирования на одном языке, то изучив специфику другого языка, используя какую-либо литературу, можно писать программы уже на нем.
Поэтому, на мой взгляд, изучать основы программирования лучше на не сложном языке, знание которого при этом могут пригодиться для написания более сложных программ на объектном языке программирования. Самым простым и при этом полезным в дальнейшем языком программирования, по моему скромному мнению, является Pascal.
Кратко о языке программирования Pascal
Язык Pascal – это относительно доступный и несложный язык программирования. Его изучают часто в школе в старших классах и на первых курсах высших и средних учебных заведениях. Этот язык программирования был разработан Никлаусом Виртом еще в 70-х годах прошлого века, а назван в честь французского математика Блеза Паскаля. Если вам интересно узнать подробнее об истории создания и развития данного языка программирования, вы можете найти эту информацию в Интернете, на той же самой Википедии. А мы не будем сильно на этом останавливаться.
Наша задача сегодня – написать первую собственную программу на языке Pascal. Писать мы будем для первого раза консольные приложения. А что же это такое – консольное приложение?
Мы привыкли, что, когда мы заходим в любую программу, перед нами появляется окно, в котором есть области для ввода информации, ее вывода, какие-то красиво оформленные таблички, кнопочки и многое другое. Тот же самый привычный нам MS Office Word. Консольное же приложение, если говорить простыми словами, представляет собой окно, в котором просто написаны буквы или цифры на одноцветном фоне, чаще всего на черном. Если вы видели хоть раз в своей жизни командную строку в Windows или операционную систему DOS, то вы представляете себе, что такое консоль. Но, как говориться, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. В дальнейшем вы увидите, как это все выглядит.
Итак, что нам понадобится, чтобы написать свою первую программу? Естественно, компьютер, клавиатура, мышь (но можно на самом деле и без нее), немного желания и времени, ну и среда разработки. Последнее словосочетание, наверное, для большинства покажется незнакомым. Давайте же выяснять, что это за зверь такой – среда разработки. Это программный комплекс, используемый разработчиком для написания программ на конкретном языке программирования. Простым языком – это программа для написания программ. Она, чаще всего, включает в себя следующие компоненты:
Я думаю, что, посмотрев на эти определения, вы теперь понимаете, почему среда разработки – это не просто программа для написания программ, а именно программный комплекс.
Знакомство со средой PASCALABC.NET и написание первой программы
После ознакомления с минимальным набором теоретических знаний, необходимых для понимания того, что будет происходить дальше, перейдем к самому интересному – к практической части.
Для начала необходимо установить на свой компьютер среду разработки. На просторах Интернета можно найти различные вариации сред разработки, но я буду работать со средой разработки PASCAL ABC.NET. Эту среду вы можете найти в Интернете. Я бы рекомендовал вам использовать именно ее, так как по сравнению, например, с Turbo Pascal – в данной среде есть возможность копирования и вставки текста, а также поддерживается русский язык.
После того, как вы скачаете и установите среду разработки перед вами должно появиться примерно такое окно, которое изображено на рисунке 1. Место, в котором моргает курсор – это тот самый редактор кода, в который мы и будем вписывать команды для исполнения. В окне вывода, которое находится ниже, вы будете видеть результат выполнения программы, а также ошибки, которые могут возникать в процессе выполнения программы. Ну что-же, приступим к процессу программирования.
Рис.1. Среда разработки
Для начала давайте придумаем название нашей программе. Я не буду долго думать и назову ее просто – «первая программа». Но называть программу можно только на английском языке, так как это не просто имя программы, а кусочек кода, а весь код пишется только на английском языке. Поэтому я ее буду называть «first_program». Обратите внимание, что вместо пробела я написал нижнее подчеркивание, так как Pascal понимает пробел как окончание команды. Теперь нам нужно объяснить языку что first_program – это именно название нашей программы, а не что-то другое (вы, кстати, можете придумать свое имя для вашей первой программы). Для этого нам нужно использовать команду (или по-научному оператор) Program. Эта команда говорит компьютеру, что через пробел будет указано название для программы. Итак, первая строчка кода у нас будет выглядеть так:
Обратите внимание, что в конце мы поставили точку с запятой. Для Паскаля это как точка для человека, конец предложения, окончание команды. Называть программу не обязательно, это просто хороший тон в программировании, да и вам удобнее будет потом ориентироваться, что это за программа.
Теперь давайте выведем текст: «Я написал первую программу! Ура!».
Переходим на следующую строку. Теперь нам нужно объявить переменную, которая будет хранить в себе наше предложение. Переменная в любом языке программирования – это как банка, в которой что-то хранится, а именно данные. Если говорить по-умному, то это выделенная область памяти для хранения однотипных данных, хотя есть переменные, которые могут хранить и не типизированные данные, но сейчас не о них.
Итак, в зависимости от того, какие данные будут храниться в переменной, ей присваивается тип, чтобы компьютер знал, с чем ему придется работать. Сегодня будем рассматривать три типа данных:
Целые числа – это числа для счета, без запятой. Вещественные числа, хотя это не совсем так, но все-же – это числа с плавающей точкой, например – 3.1, 5.2 и так далее. Строковый тип данных – это как раз то, что нам нужно. В строковой переменной хранятся любые символы: буквы, цифры, знаки… За объявление переменных отвечает ключевое слово var. Конструкция выглядит следующим образом:
В нашем случае это будет выглядеть следующим образом:
После объявления переменной начнем писать основной код программы. Он записывается в так называемых операторных скобках (begin и end). Это означает, что начинается основной код программы с ключевого слово begin, а заканчивается ключевым словом end. В конце программы после последнего ключевого слова end ставится точка (после слова begin точка с запятой не ставится).
Итак, после объявления переменных на следующей строчке пишем слово begin и переходим на следующую строчку. Начнем писать текст программы. Сперва в объявленную переменную s (можно было назвать и по-другому) нужно занести наше предложение «Я написал первую программу! Ура!», которое мы хотим вывести. Пока в нашей переменной (баночке) ничего нет. Чтобы ее заполнить – ей нужно присвоить какое-либо значение. Процесс, при котором мы помещаем в нашу банку (переменную) какого-либо значения (в нашем случае это предложение), называется присвоение и обозначается таким символом (:=) – двоеточие и равно. Выглядит это следующим образом:
Текст, который мы вводим в строковую переменную записывается в одинарных кавычках. Теперь компьютер знает, что в баночке (переменной) под именем s хранится набор символов – наше предложение. Теперь нам необходимо вывести содержимое переменной на экран. Для этого в языке Паскаль предусмотрены операторы (команды) write и writeln. Первая команда выводит на экран содержимое переменной или текст, а вторая делает тоже самое, только с переходом на другую строку, то есть начинает выводить значение с новой строки. Запишем это:
В конце ставим точку и проверяем, все ли верно у нас написано. В итоге должен получиться следующий код:
Рис. 2. Результат работы программы
Ну что же, поздравляю! Вы написали первую настоящую программу на языке Паскаль. На первый взгляд может показаться, что это какая-то ерунда, а не программа, но на самом деле все эти знания вы будете использовать при написании прикладных программ более высокого уровня. Кстати, эту программу можно записать короче. Помните я говорил, что оператор вывода write выводит записанный в скобочках текст или значение переменной. Поэтому, мы можем не объявлять переменную, а сразу записать текст в скобочках. В итоге получится вот такой код:
Одну программу можно записать нескольким способами, а если программа усложняется, то и способов написания становится все больше и больше, поэтому у каждого программиста формируется свой стиль написания кода, и порой учителя узнают, кто написал программу по стилю своего ученика.
Давайте теперь немного усложним задачу. Многие знают, что программирование тесно связано с математикой, так как большинство программ выполняют различные операции. Попробуем написать такую программу: «два числа вводятся с клавиатуры, они складываются, и программа выводит результат – сумму введенных с клавиатуры чисел».
Сперва напишем программу для целых чисел – чисел, используемых при счете (число 2 – целое число в программировании, тип данных Integer, а 2.3 – число с плавающей точкой, тип данных real). При сложении двух целых чисел получается целое число, значит и входные числа, и результат будут типа данных Integer.
Для начала к нашей объявленной переменной добавим еще три, назовем их: celoe1 для первого числа, celoe2 для второго числа и celoe3 для хранения результата сложения двух чисел. Получим баночки (переменные), в которых будут хранится целые числа. Измененная часть программы будет выглядеть так:
Теперь переходим к изменению тела программы (кода, находящегося между begin и end). Для начала нужно инициализировать ввод с клавиатуры двух чисел. Сначала выведем подсказку: введите первое число. Для вывода текста у нас, как вы помните, используется оператор (команда) write(), но нам нужно выводить каждую подсказку с новой строки, поэтому будем использовать оператор writeln(). Получим следующий код:
Теперь при запуске программы на дисплей монитора будет выведена просьба ввести первое число. Далее необходимо организовать ввод с клавиатуры. Нужно, чтобы при нажатии на цифру на клавиатуре в переменную заносилось значение, равное числу, изображенному на клавиатуре. Для этого в языке Паскаль был придуман оператор read() и readln(). В первом случае оператор присваивает введенное с клавиатуры значение переменной (ввод значения заканчивается нажатием на клавишу Enter), записанной в скобочках и оставляет курсор сразу после введенного числа, а во втором случае переводит курсор на новую строку.
После первой подсказки на новой строке пишем:
Повторяем такую операцию для второго числа – пишем подсказку о вводе второго числа и организуем ввод второго числа. Теперь у нас есть две переменных или как мы их называем две баночки, в каждой из которых находится по целому числу. Чтобы получить их сумму мы должны их сложить и положить в третью баночку (переменную). Так и запишем:
Выведем результат. Для вывода текста или содержания переменной у нас используется оператор write() и writeln(). Для красоты выведем результат на новой строке. Для этого будем использовать writeln(). Получим:
Обратите внимание, что мы выводим и текст, и значение переменной. Это сделано для того, чтобы не писать лишний раз оператор вывода. Если нужно вывести несколько операндов (значение оператора, например, переменная celoe3) сразу, то можно записывать их все в скобки в нужном порядке, разделяя между собой запятой. В итоге должен получиться следующий код:
Если вы все сделали правильно, то программа должна выдать результат, изображенный на рисунке 3.
Рис. 3. Сложение двух чисел
Ну что же, сложность написанных программ возрастает, а значит процесс изучения языка программирования Паскаль неумолимо идет вперед. Последняя задача, которую мы рассмотрим в данной статье – это изменим нашу программу, чтобы вместо сложения двух чисел происходило их деление, а затем умножение на 3.
На первый взгляд нужно поменять лишь формулу для расчета, но нужно вспомнить, что не все числа будут делиться нацело, может оставаться остаток и число будет уже не целое, а с десятичной дробью, а это значит, что тип данных Integer нам уже не подойдет. Нужно использовать тип данных Real. При этом представим, что нам неизвестно, какое число будет введено с клавиатуры – целое или же дробное, поэтому и для введенных с клавиатуры чисел мы будем использовать тип данных Real. Перепишем строку, где мы объявляли целые числа. Назовем наши вещественные переменные v1, v2 и rez. Тогда получим:
Переходим в тело программы. Подсказки о вводе первого и второго числа мы оставляем как есть, а вот в операторе ввода read изменяем название переменных на v1 и v2. Теперь вместо формулы сложения напишем другую формулу:
Обращаю ваше внимание, что мы умножаем на три результат деления первого числа на второго, поэтому мы записали деление в скобках (вспоминаем правила очередности операций с числами в математике). Давайте изменим еще и вывод получившейся информации на экран, выведем все в красивом виде. Для этого будем использовать вывод нескольких операндов в удобном для нас порядке через запятую, о котором мы говорили выше. Вначале выведем знак открытой скобочки, затем выведем значение первой переменной, затем выведем символ знака деления, после этого значение второй переменной, затем символы «) * 3 = » и, наконец, значение переменной с результатом. Звучит сложно, но попробуйте вникнуть в это:
После внесения всех изменений у вас должен получиться следующий код программы:
Ну что же, запускаем программу и получаем результат (я ввел первое число = 8.2, второе число = 2), изображенный на рисунке 4.
Рис. 4. Числа с дробью
Давайте подведем итог. Сегодня вы познакомились с языком программирования Паскаль, узнали что такое среда программирования и познакомились со средой PascalABC.NET, получили некоторые теоретические знания о небольшой части состава языка программирования Паскаль, а также написали свою первую программу и познакомились с тремя типами данных.
Прилагайте усилия, заполняйте свое время правильно, изучая новое и, возможно, вы станете хорошим программистом с очень достойной зарплатой. Двигайтесь вперед к успеху и занимайтесь тем, что приносит не только деньги, но и удовольствие. Один философ сказал, что если ты будешь заниматься тем, что нравится, то работать в жизни тебе не придется!
Введен код программы что выполняет данная программа
Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.
Компилятор обеспечивает преобразование программы с одного языка на другой. Команды исходного языка сильно отличаются по организации и мощности, нежели команды машинного языка. Бывают такие, в которых одна команда исходного языка транслируется в 7-10 машинных команд. Существуют даже такие, в которых в каждой команде может соответствовать более 100 машинных команд (например язык программирования Пролог). В исходных языках довольно часто используется строгая типизация данных, которая осуществляется через их предварительное описание. Программирование на таких языках может опираться не только на кодирование алгоритма, но и на тщательное обдумывание структур данных или классов. Весь процесс трансляции с таких языков программирования обычно называется компиляцией, а исходные языки обычно относятся к языкам высокого уровня.
Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.В отличие от компилятора, интерпретатор не порождает на выходе программу на машинном языке. Распознав команду исходного языка, он тут же выполняет ее. Как в компиляторах, так и в интерпретаторах используются одинаковые методы анализа исходного текста программы. Но интерпретатор позволяет начать обработку данных после написания даже одной команды. Это делает процесс разработки и отладки программ более гибким. Кроме того, отсутствие выходного машинного кода позволяет не «захламлять» внешние устройства дополнительными файлами, а сам интерпретатор можно достаточно легко адаптировать к любым машинным архитектурам, разработав его только один раз на широко распространенном языке программирования. Поэтому, интерпретируемые языки, типа Java Script, VB Script, получили широкое распространение. Недостатком интерпретаторов является низкая скорость выполнения программ. Обычно интерпретируемые программы выполняются в 50-100 раз медленнее программ, написанных в машинных кодах.
Программный код
Исхо́дный код (также исхо́дный текст) — текст компьютерной программы на каком-либо языке программирования. В обобщённом смысле — любые входные данные для транслятора.
Исходный код либо транслируется в исполняемый код при помощи компилятора, либо исполняется непосредственно по тексту при помощи интерпретатора.
Содержание
Назначение
Исходный код либо используется для получения объектного кода, либо выполняется интерпретатором. Изменения никогда не выполняются над объектным кодом, только над исходным, с последующим повторным преобразованием в объектный.
Другое важное назначение исходного кода — в качестве описания программы. По тексту программы можно восстановить логику её поведения. Для облегчения понимания исходного кода используются комментарии. Существуют также инструментальные средства, позволяющие автоматически получать документацию по исходному коду — т. н. генераторы документации.
Кроме того, исходный код имеет много других применений. Он может использоваться как инструмент обучения; начинающим программистам бывает полезно исследовать существующий исходный код для изучения техники и методологии программирования. Он также используется как инструмент общения между опытными программистами, благодаря своей (идеально) лаконичной и недвусмысленной природе. Совместное использование кода разработчиками часто упоминается как фактор, способствующий улучшению опыта программистов.
Программисты часто переносят исходный код из одного проекта в другой, что носит название повторного использования кода (Software reusability).
Исходный код — важнейший компонент для процесса портирования программного обеспечения на другие платформы. Без исходного кода какой-либо части ПО, портирование либо слишком сложно, либо вообще невозможно.
Организация
Исходный код некоторой части ПО (модуля, компонента) может состоять из одного или нескольких файлов. Код программы не обязательно пишется только на одном языке программирования. Например, часто программы, написанные на языке Си, с целью оптимизации, содержат вставки кода на языке ассемблера. Также возможны ситуации, когда некоторые компоненты или части программы пишутся на различных языках, с последующей сборкой в единый исполняемый модуль при помощи технологии известной как компоновка библиотек (library linking).
Сложное программное обеспечение при сборке требует использования десятков, или даже сотен файлов с исходным кодом. В таких случаях для упрощения сборки обычно используются файлы проектов, содержащие описание зависимостей между файлами с исходным кодом, и описывающие процесс сборки. Эти файлы так же могут содержать и другие параметры компилятора и среды проектирования. Для разных сред проектирования могут применяться разные файлы проекта, причем в некоторых средах эти файлы могут быть в текстовом формате, пригодном для непосредственного редактирования программистом с помощью универсальных текстовых редакторов, в других средах поддерживаются специальные форматы, а создание и изменения файлов производится с помощью специальных инструментальных программ. Файлы проектов обычно включают в понятие «исходный код». В подавляющем большинстве современных языковых сред обязательно используются файлы проектов вне зависимости от сложности прочего исходного кода, входящего в данный проект. Часто под исходным кодом подразумевают и файлы ресурсов, содержащие различные данные, например, графические изображения, нужные для сборки программы.
Для облегчения работы с исходным кодом, для совместной работы над кодом командой программистов, используются системы управления версиями.
Качество
В отличие от человека, для компьютера нет «хорошо написанного» или «плохо написанного» кода. Но то, как написан код, может сильно влиять на процесс сопровождения ПО. О качестве исходного кода можно судить по следующим параметрам:
Неисполняемый исходный код
Копилефтные лицензии для свободного ПО требуют распространения исходного кода. Эти лицензии часто используются также для работ, не являющихся программами — например, документации, изображений, файлов данных для компьютерных игр.
В таких случаях исходным кодом считается форма данной работы, предпочтительная для её редактирования. В лицензиях, предназначенных не только для ПО, она также может называться версией в «прозрачном формате». Это может быть, например: