Теоретический материал (Паскаль)

Цикл с постусловием REPEAT

Вы уже умеете организовать цикл при помощи оператора while. Напомним, что при выполнении этого оператора компьютер проверяет значение условия. Если условие истинно, то исполнительная часть оператора while будет повторяться до тех пор, пока это условие не примет значение False. Если значение условия есть False в самом начале, то тело цикла while вообще не будет выполняться.

Иногда при решении задач возникает необходимость выполнить тело цикла хотя бы один раз, а потом, проверив условие, определить, повторять ли тело цикла еще раз. Эту задачу выполнит другой вид цикла – цикл Repeat.

repeat {повторяй}
  {операторы операторы}
until <условие>; {до тех пор, пока условие не будет истинным}

Есть небольшое отличие в организации цикла repeat по сравнению с while: для выполнения в цикле repeat нескольких операторов не следует помещать эти операторы в операторные скобки begin ... end. Зарезервированные слова repeat и until действуют как операторные скобки.

Конструкция repeat ... until работает аналогично циклу while. Различие заключается в том, что цикл while проверяет условие до выполнения действий, в то время как repeat проверяет условие после выполнения действий. Это гарантирует хотя бы одно выполнение действий до завершения цикла.

Например,

a) repeat       read (Number);       Sum := Sum+Number;     until Number=-1

b) repeat       i := i+1;       writeln (Sqr(i));     until i>=10

Задача. Определить, является ли введенное число простым.

Алгоритм решения этой задачи будет следующий. При помощи операции mod проводим проверку всех целых чисел от 2 до введенного числа Number. Мы проверяем, является ли очередное проверяемое число делителем нашего числа (значит, остаток от деления введенного числа на проверяемое число равен нулю). Если такой делитель найден, значит, цикл досрочно завершает свою работу на некотором i-том шаге. Если делитель не найден, значит, цикл проверил все числа, и значение переменной цикла i будет равно конечному значению, т.е. Number. Поэтому, после записи цикла следует анализ значения переменной i и выводится соответствующее сообщение.

Примечание. Напомним, что простым называется число, которое не имеет делителей кроме 1 и самого себя.

Цикл не может продолжаться бесконечно, так как любое число всегда делится само на себя.

Program Prostoe; Uses   Crt; Var   i, {возможный делитель}   Number : integer; {исследуемое число} Begin   ClrScr;   writeln ('Какое число должно быть проверено? ');   read (Number);   i := 1;   repeat     i := i+1;   until Number mod i = 0;   if Number=i     then       writeln (Number,' является простым')     else       writeln (Number,' делится на ',i);   readln; End.

При построении циклов нужно быть очень аккуратным: следить за отсутствием ошибок как в фазе входа в цикл, так и в фазе завершения цикла.

Задание. Выберите две задачи, решенных Вами с помощью цикла с предусловием, и решите их с помощью цикла с постусловием.

Циклические алгоритмы. Цикл с предусловием

Очень многие алгоритмы, выполнение которых поручается компьютеру, по своей природе являются циклическими. И это не случайно, потому что человек обычно поручает машине рутинную работу, где нужно много считать, и счет производится по некоторым одинаковым правилам.

Определение. Цикл – это последовательность операторов, которая может выполняться более одного раза.

Определение. Циклический алгоритм – это алгоритм, содержащий один или несколько циклов.

Возьмем для примера задачу: найти сумму некоторого количества чисел, задаваемых пользователем.

Исходными данными в этом случае являются переменная N - количество чисел и сами эти числа. Значение очередного числа обозначим переменной x. Результатом работы алгоритма станет сумма этих чисел, которую обозначим переменной S.

  S=x₁+x₂+x₃+...+x_N

Допустимые значения переменной N должны удовлетворять условию N>0, так как количество слагаемых не может быть числом отрицательным.

Как же мы должны решать эту задачу? Сначала нужно запросить, сколько чисел нужно будет сложить и считать это число в переменную N. Затем нужно так организовать операторы, чтобы программа запрашивала очередное число, каждый раз складывала его с предыдущими и повторяла эту группу операторов N раз.

В языке Паскаль существуют удобные конструкции для организации циклов:

• цикл с предусловием;
• цикл с постусловием;
• цикл со счетчиком.

Познакомимся с первым из них – оператором цикла с предусловием while.

Циклы с предусловием используются тогда, когда выполнение цикла связано с некоторым логическим условием. Оператор цикла с предусловием имеет две части: условие выполнения цикла и тело цикла.

При выполнении оператора while определенная группа операторов выполняется до тех пор, пока определенное в операторе while булево условие истинно. Если условие сразу ложно, то оператор не выполнится ни разу.

Общая форма записи следующая

while <булево выражение> do   begin     группа операторов   end;

На русском языке это звучит примерно так:

пока выполняется это условие, делай
  от начала
    группа операторов
  до конца;

Вполне понятно, что операторные скобки ставят, чтобы отделить от остальной программы ту группу операторов, которую нужно повторить в цикле. Если в цикле нужно выполнить только один оператор, то операторные скобки не ставят.

При использовании цикла с предусловием надо помнить следующее:

1. значение условия выполнения цикла должно быть определено до начала цикла;
   
   
2. если значение условия истинно, то выполняется тело цикла, после чего повторяется проверка условия. Если условие ложно, то происходит выход из цикла;
   
   
3. хотя бы один из операторов, входящих в тело цикла, должен влиять на значение условия выполнения цикла, иначе цикл будет повторяться бесконечное число раз.

Вернемся к нашей задаче вычисления суммы чисел. При вычислении суммы используем следующий прием: вначале, когда еще не задано ни одно слагаемое, сумму полагают равной нулю (S:=0), а затем, получая очередное слагаемое, прибавляют его к сумме (S:=S+x) (см. программу ниже).

Очень важную роль в операторе цикла играет так называемая переменная цикла. В нашей программе она называется i. С ее помощью мы обращаемся к пользователю за очередным числом (write (‘Введите ‘,i,’-ое число ’)) и считаем количество уже введенных чисел (i:=i+1), чтобы не запросить лишнее. Одновременно переменная цикла участвует в булевом выражении (i<=N).

Рассмотрите внимательно программу, решающую нашу задачу.

Program Summa; Uses   Crt; Var   i,   N : integer;   x, S : real; Begin   ClrScr;   write ('Сколько чисел для сложения? ');   readln (N);   S:=0;   i:=1;   while i<=N do     begin       write ('Введите ',i,'-е число ');       readln (x);       S:=S+x;       i:=i+1;     end;   write ('Сумма введенных чисел равна ',s:5:2);   readln; End.

Хотелось бы, чтобы Вы смогли представить работу этой программы. Давайте попробуем вместе.

Пусть нам требуется сложить следующие числа: 5, 7, -4, 0, 8, 20. Посчитаем, сколько их всего – шесть. Это число мы введем, когда программа задаст вопрос: Сколько чисел для сложения? Теперь наша программа запросит ввести 1-ое число, т. к. на первом шаге переменная i равна 1. Мы введем число 5. Программа считает его в переменную х. Теперь число 5 сложим с числом 0 и результат присвоим переменной S (оператор S:=S+x). В этот момент S становится равной 5. Чтобы перейти к следующему числу, увеличим значение переменной i на 1 (оператор i:=i+1). Выполнение операторов тела цикла закончено. Теперь программа переходит опять к анализу условия вхождения в цикл (i<=N). Переменная цикла i=2, переменная N=6, поэтому значение логического условия 2<=6 равно True. Значит снова выполняется тело цикла:

while i<=N do {2<=6}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число '); {Введите 2-е число}     readln (x); {Считали число 7}     S:=S+x; {S:=5+7}     i:=i+1; {i:=2+1}   end;

Итак, мы сложили два числа и переходим опять к проверке условия. Ответим на вопрос: 3<=6? Да. Поэтому снова начинают работать операторы тела цикла, и мы переходим к третьему числу:

while i<=N do {3<=6}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число '); {Введите 3-е число}     readln (x); {Считали число -4}     S:=S+x; {S:=12 + (-4)}     i:=i+1; {i:=3+1}   end;

Аналогично, мы сложим и остальные числа. Но когда же операторы цикла выполнятся последний раз и остановится работа цикла? Когда сложим последнее число. Проверим это.

while i<=N do {6<=6}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число '); {Введите 6-е число}     readln (x); {Считали число 20}     S:=S+x; {S:=16+20}     i:=i+1; {i:=6+1}   end;

Проверяется опять условие 7<=6. Значение этого условия равно False, а значит, тело цикла выполняться не будет. Цикл закончил свою работу. А мы получили результат: посчитали сумму всех шести чисел S=32.

В этом примере известно заранее количество повторений - N раз. Но чаще всего этот вид цикла используется тогда, когда количество повторений заранее не известно и зависит от выполнения какого-либо условия. Рассмотрим еще один пример.

Отвлечемся от цифр и вспомним окружающую жизнь. Сколько циклических алгоритмов можно увидеть вокруг, если внимательно посмотреть на события: чередование времен года, посещения магазинов, школы или секции, получение оценок за контрольные и др. Попробуем записать их.

Например, рассмотрите следующие циклические алгоритмы

а) Пока не сдал выпускные экзамены делай:
    начало
      готовь уроки;
      посещай школу;
    конец;

б) Пока есть желание, возможность и здоровье делай:
      посещай занятия спортом

Задание. Выберите самостоятельно сказку из предложенных (или придумайте другой циклический алгоритм из жизни или произведений известных авторов) и напишите программы, с помощью которых можно в шутливой форме проверить знания первоклассников.

1. “Репка”. “Дед тянет-потянет, вытянуть не может. Позвал бабку. Бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут, вытянуть не могут. Позвала бабка внучку... И вытянули репку”.
   
   
2. “Курочка ряба”. “Снесла курочка яичко. Дед бил, бил, не разбил. Баба била, била, не разбила. Мышка бежала, хвостиком задела, яичко упало и разбилось”.
   
   
3. “Колобок”. “... Катится колобок по лесу. От зайца ушел, от медведя ушел, от волка ушел. Встретил лису, она его и съела”.
   
   
4. “Волк и лиса”. “... Сидит волк у проруби, хвост в воду опустил и приговаривает: “Ловись, ловись, рыбка, большая и маленькая”. Пришла за водой баба. Прогнала волка.
   
   
5. “Горшочек каши”. “... Варит горшок кашу, варит. Каша из дома на улицу потекла. Не знает мать девочки, что надо горшочку сказать. Пришла девочка, сказала: “Горшочек, не вари”. Перестал горшок кашу варить”.

Продолжим изучение цикла с предусловием на примере решения следующей задачи.

Задача. Найти сумму чисел в непустой последовательности.

Рассмотрим алгоритм решения. Пусть нам дана такая последовательность чисел:

  3, -4, 0, 5, 19, -20, 6, 2

Для работы нам нужно организовать обращение к каждому элементу последовательности. Нетрудно догадаться, что это будет происходить через порядковый номер каждого члена последовательности. Пронумеруем эти числа:

  1    2  3  4    5     6  7  8

  3, -4, 0, 5, 19, -20, 6, 2

Получилось, что всего у нас чисел восемь, на первом месте стоит число 3, на втором - число (-4), на третьем - число 0 и т.д. Тогда переменная цикла i будет пробегать числа от 1 до 8, становясь на каждом шаге больше на 1 и запрашивая каждый раз очередное число. Поэтому общая схема цикла будет выглядеть так:

i:=1; while i<=N do   begin     write ('Введите ',i,'-ое число');     readln (x);     . . .     i:=i+1;   end;

Здесь N - количество чисел последовательности (в нашем случае 8), х - член последовательности, i - порядковый номер очередного члена последовательности. Просмотрим, как будет работать этот цикл.

1 шаг

i:=1; while i<=N do {Проверяется условие 1<=8? Да. Значит, выполняем тело цикла}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число');{Вывод на экран “Введите 1-ое число”}     readln (x); {Считываем число 3 в переменную х}     . . .     i:=i+1; {Переходим к следующему по порядку числу: i=2}   end;

2 шаг

while i<=N do {Проверяется условие 2<=8? Да. Значит, выполняем тело цикла}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число');{Вывод на экран “Введите 2-ое число”}     readln (x); {Считываем число (-4) в переменную х}     . . .     i:=i+1; {Переходим к следующему по порядку числу: i=3}   end;

3 шаг

while i<=N do {Проверяется условие 3<=8? Да. Значит, выполняем тело цикла}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число');{Вывод на экран “Введите 3-ое число”}     readln (x); {Считываем число 0 в переменную х}     . . .     i:=i+1; {Переходим к следующему по порядку числу: i=4}   end;

и т. д.

8 шаг

while i<=N do {Проверяется условие 8<=8? Да. Значит, выполняем тело цикла}   begin     write ('Введите ',i,'-ое число');{Вывод на экран “Введите 8-ое число”}     readln (x); {Считываем число 2 в переменную х}     . . .     i:=i+1; {Переходим к следующему по порядку числу: i=9}   end;

9 шаг

while i<=N do {Проверяется условие 9<=8? Нет. Значит, цикл закончил свою работу, и компьютер переходит к обработке следующего за end оператора}

Итак, у нас уже организован цикл считывания чисел. Осталось только вписать в тело цикла оператор, который бы суммировал все эти числа. Для этого опишем переменную Summa в разделе описания переменных и присвоим ей нулевое значение перед выполнением цикла. Тогда при каждом шаге нашего цикла значение этой переменной должно быть изменено на х. Это произойдет при выполнении оператора

  Summa:=Summa+x;

Если Вам не совсем понятно, что происходит при выполнении этого оператора, Вам нужно вспомнить, как происходит присваивание значение переменной: сначала вычисляется значение выражения в правой части (в нашем случае Summa+x, т.е., значение переменной Summa увеличиваем на х), а затем присваиваем это значение переменной с именем, записанным в левой части (Summa). Таким образом, в переменной Summa собирается сумма всех считанных чисел.

Задание. Напишите полный текст программы, находящей сумму N чисел последовательности. Дополните программу нахождением среднего арифметического этих чисел.

Примечание. Средним арифметическим чисел называется сумма этих чисел, деленная на их количество.

Работа с клавиатурой. Стандартные процедуры read и readLn. Стандартные функции readKey и KeyPressed; их применение в циклах

Это занятие мы посвятим вопросам программирования обменов с клавиатурой компьютера. Турбо Паскаль содержит несколько простых и ясных средств, которые позволяют организовать эффективное управление программой посредством клавиатуры.

Самая простая и часто применяемая техника организации приема информации основывается на использовании уже знакомых Bам процедур read и readln. Расширим знания о них. Эти процедуры работают со стандартным входным файлом, который отождествлен с “консолью”, т. е. с клавиатурой и экраном дисплея. На практике это означает, что информация, введенная с клавиатуры, помимо обработки процедурами, будет отображаться на экране.

Удобством указанных процедур является автоматическое преобразование ими вводимой цепочки символов в значение заданного типа. Так, если в разделе описания переменных имеется описание вида

Var   Chislo : integer;

то выполнение оператора readln (Chislo) будет происходить следующим образом. Программа будет приостановлена в ожидании ввода с клавиатуры символов, изображающих целое число. После ввода этих изображений они будут автоматически преобразованы в соответствующие двоичные значения и присвоены переменной Chislo. Аналогично организован прием значений действительного, символьного и строкового типа. Если read(readln) не может выполнить преобразования, то генерируется ошибка № 106 – Invalid numeric format (Неверный формат числовых данных) и выполнение программы прекращается. Это является стандартной реакцией, которую выполняет программа, взявшая на себя обработку ошибок. Мы вернемся еще к обработке ошибок, вызванных некорректным вводом, в теме “Процедуры и функции”, где научимся правильно составлять и использовать вспомогательные подпрограммы. А пока приведем пример применения этих процедур ввода при организации циклов.

Program Useread; Uses Crt; Var   X, Y : Byte;   Stop : String; Begin   TextBackGround(5);   ClrScr;   Randomize;   repeat     X:=Random (76);     Y:=Random (23);     GoToXY (X, Y);     TextColor (Random(15));     write('***');     X:=1;     Y:=24;     GoToXY (X, Y);     TextColor (0);     write ('Для остановки программы наберите “Стоп“');     write ('Для продолжения – любую клавишу ');     readln(Stop);   until (Stop='Стоп') or (Stop ='стоп');   readln; End.

Примечание. Здесь использованы следующие процедуры:

GoToXY (X, Y:Byte) - перемещает курсор к элементу экрана с заданными координатами, учитывая, что размер экрана в текстовом режиме 25 строк по 80 символов.

TextBackGround (Color : Byte) – задает цвет фона.

TextColor (Color : Byte) – задает цвет символов.

Однако, несмотря на простоту и удобство, стандартные процедуры read и readln не обеспечивают всех потребностей, возникающих при работе с клавиатурой. Их важнейший недостаток в том, что вместе с приемом символов они выполняют их отображение на экран (так называемое “эхо на монитор”). В большинстве случаев это либо не нужно, либо недопустимо. Например, если программа реализует некоторый оконный интерфейс, то вывод вводимых символов испортит изображение. Кроме того, они рассчитаны только на ввод относительно небольшого подмножества символов (буквы, цифры, знаки препинания) и частичного использования специальных клавиш (например, Backspace для отмены только что введенного символа). Эти процедуры не могут распознать нажатие функциональных или редактирующих клавиш и их сочетаний с управляющими клавишами Ctrl, Alt, Shift. В силу указанных причин процедуры read и readln редко используются в серьезных программах.

Стандартная функция readKey

Более универсальным средством взаимодействия с клавиатурой является стандартная функция readKey из системного модуля Crt. Функция вызывается без параметров, возвращает значение символьного типа и работает следующим образом. Организуется задержка выполнения с ожиданием нажатия клавиши. После того, как нажатие произведено, функция завершает работу, возвращая код нажатой клавиши. Полученное значение можно использовать далее в программе. Тривиальный пример работы с функцией readKey, не требующий комментариев, может выглядеть так:

Program UsereadKey; Uses   Crt; Var   Sym : Char; Begin   ClrScr;   while true do     begin       write ('Введите букву - ');       Sym := readKey;       writeln ('Вы ввели букву - ', Sym);       if Sym = 'q'         then           Exit     end End.

Примечание. Здесь использована процедура Exit, которая позволяет досрочно выйти из программы. Применение этой процедуры является проявлением плохого стиля программирования.

Функция readKey не отображает введенный символ на экран, благодаря чему она широко используется для организации управления в различных диалоговых программах. В дополнение к этому readKey позволяет отслеживать нажатие более широкого множества клавиш, опознавая функциональные и редактирующие клавиши и их сочетания с управляющими клавишами Ctrl, Alt, Shift.

Если говорить более подробно, функция readKey исходит из того, что все множество клавиш и их сочетаний с управляющими клавишами разбито на два подмножества, которые обычно называют основным и расширенным наборами.

В основной набор входят клавиши букв, цифр, разделителей и знаков препинания, их комбинации с клавишей Shift (или, что то же самое, при включенном переключателе CapsLock), а также клавиши Tab, BackSpace, Enter и Esc. Если нажата одна из перечисленных клавиш, то readKey возвратит обычный ASCII-код соответствующего символа.

В расширенном наборе содержатся некоторые (не все) клавиши из основного набора в комбинации с клавишами Ctrl и Alt, а также функциональные и редактирующие клавиши. Если нажимается одна из клавиш расширенного набора, то функция readKey возвращает символ с кодом 0 (его представление в программе – chr(0) или #0). В этом случае повторное обращение к readKey вернет код клавиши из расширенного набора.

Коды клавиш из основного и расширенного наборов в виде, удобном для включения в Турбо Паскаль-программы, приведены в приложении.

Схема использования функции readKey для общего случая может выглядеть так:

Program UsereadKey2; Uses   Crt; Var   Sym : Char; Begin   ClrScr;   while true do     begin       write ('Нажмите клавишу');       Sym := readKey;       if Sym <> #0         then           begin {основной набор}             case Sym of               #8 : writeln ('Вы нажали BackSpace');               #9 : writeln ('Вы нажали Tab');               #13 : writeln ('Вы нажали Enter');               #27 : writeln ('Вы нажали Esc');             else               writeln ('Вы ввели символ ',Sym);             end;             if Sym = #27               Then                 Exit           end       else         begin {расширенный набор}           Sym := readKey;{повт. чтение: берем расширенный код}           writeln ('Вы нажали клавишу с кодом ', Ord (Sym));         end     end End.

Большинство прикладных диалоговых программ использует описанную технику взаимодействия с клавиатурой. Однако встречаются случаи, когда возможностей функции readKey оказывается недостаточно. На самом деле функция readKey воспринимает нажатия не всех клавиш: достаточно попробовать, запустив вышеприведенную программу, нажать клавиши F11, F12, ввести комбинацию Alt+Esc и т.д. Тому, кто желает более детально изучить работу этой функции, предлагаем самостоятельно найти в книгах по Турбо Паскалю этот материал. А мы ограничимся вышесказанным.

Стандартная функция KeyPressed

Второй базовой функцией взаимодействия с клавиатурой является функция KeyPressed. В отличие от readKey, она предназначена не для приема кода нажатой клавиши, а для простой проверки, была ли нажата какая-либо клавиша. Эта функция вызывается без параметров и возвращает значение булевого типа: True, если было нажатие, и False в противном случае.

Важно понять, что KeyPressed не производит никаких действий с кодом нажатой клавиши, но код может быть далее прочитан функцией readKey, например,

. . . if KeyPressed   then     S := readKey; . . .

Cоотношение этих функций станет более понятным, если рассмотреть их внутреннюю организацию несколько подробнее. В системной области DOS имеется небольшой буфер, в который операционная система помещает коды нажатых клавиш. Буфер организован в виде очереди, причем помещение кодов производится в ее хвост, а считывание из головы. Таким образом, каждое обращение к функции readKey извлекает из головы очереди один содержащийся там код. Если буфер пуст, то организуется задержка выполнения до тех пор, пока в нем не появится код (появление кода соответствует нажатию клавиши). Если же к моменту вызова readKey нажатие уже произошло, то есть буфер содержит хотя бы один код, то никакой задержки не будет. Буфер очень невелик и рассчитан на хранение максимум 15 кодов, что соответствует 15 нажатиям. Кстати говоря, иногда встречается такая ситуация, когда та или иная программа “не успевает” выбирать коды клавиш из буфера (то есть нажатия производятся чаще). Ситуация переполнения буфера индицируется звуковым сигналом, после чего коды вновь нажимаемых клавиш будут пропадать.

Функция KeyPressed не извлекает код из буфера, а только проверяет, пуста ли очередь, и возвращает соответствующее булево значение. Более подробно рассмотрение системных аспектов работы с клавиатурой смотрите в соответствующей литературе.