Язык Pascal: где применяется и стоит ли учить

Когда придумали? Язык Pascal появился в конце 60-х годов ХХ века и произвел настоящую сенсацию. На тот момент он обладал всеми функциями, необходимыми для создания практически любого программного обеспечения.

Зачем нужен? Сегодня Pascal чаще всего используется в качестве обучающего языка программирования. Однако это не единственная сфера применения, и, изучив этот ЯП, вы вполне можете заложить фундамент успешной карьеры в IT.

История появления и развития языка Pascal

Период конца 1960-х годов можно считать временем появления языка программирования Pascal, изначально задуманного и разработанного Никлаусом Виртом. Автор тем самым хотел облегчить приобретение студентами навыков программирования.

Несмотря на то, что язык предназначался для учебных целей, он быстро завоевал популярность среди опытных программистов, которые начали использовать потенциал языка для воплощения в жизнь множества прогрессивных и новаторских идей. Pascal со временем стал средством разработки как прикладного, так и системного ПО.

Примечательно, что название было дано языку в честь прославленного Блеза Паскаля, знаменитого математика и физика. Среди его самых известных изобретений — арифмометр, реализующий элементарные арифметические операции. Именно изобретение этой машины привлекло внимание Никлауса Вирта и убедило его назвать свой язык программирования в честь изобретателя арифмометра. Одна из первых версий Pascal разрабатывалась специально для компьютера CDC 6000.

В процессе разработки данного языка программирования были не только детально определены его синтаксис и семантика, но также создан специальный транслятор для преобразования текста программы в машинный код, понятный компьютеру. Период 1970-х ознаменовался активным развитием Pascal в связи с появлением принципиально новых возможностей. Так началась разработка специальных сред программирования и новых трансляторов. Эти инструменты создавались под множество архитектур существовавших тогда ЭВМ, что повлекло за собой стремительное распространение языка.

К началу 1980-х компьютерные науки начали преподаваться в школах. Появилась учебная дисциплина «информатика». В ту пору именно Pascal закрепил за собой репутацию одного из самых доступных и понятных языков программирования, поэтому он стал использоваться в качестве учебного языка как для школьников, так и для студентов вузов.

На сегодняшний день написано множество учебных материалов по языку Pascal. В свое время для обеспечения простоты использования Никлаусом Виртом в синтаксис были введены определенные ограничения, действующее и сегодня. Язык продолжает активно применяться для решения многих практических задач.

Характерные черты Pascal

Перечислим основные особенности данного языка.

1. Pascal — это классический язык программирования алгоритмического типа, следующий фундаментальным принципам Algol-60. То есть, написанная программа на языке Pascal фактически представляет собой определенную последовательность шагов по преобразованию данных, в ходе выполнения которых решается некая задача. Этим Pascal отличается от непроцедурных языков (к примеру, Prolog), являющихся, в сущности, формализмами начальных условий поставленной задачи, решение которой выполняется встроенными средствами логического вывода.
2. Для представления данных здесь используются достаточно удобные инструменты. Благодаря наличию развитой типизации программисты могут давать адекватное описание данных в языке Pascal для последующей их обработки и создания структур любой сложности. Типизация означает, что всем переменным в процессе описания назначаются фиксированные типы, а также обеспечивается строгий контроль доступа к данным в соответствии с определенным типом. Этот принцип действует как во время компиляции, так и при запуске готовой программы.
3. Используемые в синтаксисе операторы следуют принципу структурного программирования, позволяя формулировать достаточно сложные алгоритмы в предельно лаконичном виде. Формально Pascal является процедурным языком, код на котором строится по традиционной блочной структуре со статическими областями действия имен. Это обеспечивает сочетание простоты разработки программы и ее запуска с гибкой параметризацией.

Модификации языка Pascal

На сегодняшний день Pascal остается одним из самых доступных языков для начинающих. Известно несколько его модификаций. Например, ObjectPascal нашел широкое применение в промышленном программировании. Среди других разновидностей языка стоит отметить:

TurboPascal

Это одновременно и модификация Pascal, и специализированная среда разработки. Создана компанией Borland, работает под управлением DOS и Windows 3.x.

FreePascalCompiler

Также называется FreePascal или, еще более кратко, FPC. Представляет собой компилятор для ObjectPascal. Данное средство доступно для свободного скачивания и использования.

Lazarus

Аналогичный предыдущему инструмент дает возможность разрабатывать программы на ObjectPascal для компилятора FreePascal. Представляет собой кроссплатформенную среду разработки, напоминающую Delphi.

PascalABC.NET

Эта модификация сочетает в себе классический Pascal, базовые функции Delphi и многочисленные собственные расширения, основанные на платформе Microsoft.NET. Структура данного языка нового поколения состоит из классов (в том числе обобщенных и универсальных), интерфейсов, перезагружаемых операций. Среди остальных возможностей стоит отметить обработку исключений, поддержку лямбда-выражений, сборку мусора и инструменты параллельного программирования.

PascalABC.NET отличается наличием строгой типизации и инструментов процедурной (структурной) разработки. Создатель классического Pascal, Николаус Вирт, убежден, что язык программирования должен носить дисциплинарную функцию. Поэтому вкупе с четкой типизацией всякая двусмысленность синтаксиса здесь сведена к минимуму, а сам синтаксис интуитивно понятен. Этим и обеспечивается доступность языка для новичков.

По сравнению с Fortran, считавшимся основным языком среди разработчиков 1970-х, Pascal продвинулся далеко вперед. К 1980-м годам, как уже говорилось, он стал основой для многих академических программ и одновременно использовался для создания других учебных языков программирования. В качестве примера можно привести так называемый «учебный алгоритмический язык», созданный Андреем Ершовым и применявшийся на школьных уроках информатики.

Синтаксис языка Pascal

Каждый язык программирования имеет свой алфавит, состоящий из набора определенных символов. Не является исключением и Pascal. Для написания кода разработчику доступны:

• латинские прописные и строчные буквы;
• арабские цифры;
• символ подчеркивания;
• круглые, квадратные и фигурные скобки;
• знаки арифметических операций;
• знаки препинания и др.

Помимо указанных выделяют сложные символы, состоящие из нескольких элементарных:

• := (оператор присваивания);
• >= и <= («больше или равно», «меньше или равно»);
• два символа * (обозначение начала и конца комментария).

Любой объект в Pascal, будь то переменная, константа или другая конструкция, наделяется именем, состоящим из цифр, латинских букв и символа подчеркивания. При создании имени соблюдается правило: в начале не может стоять цифра, и выбранная последовательность символов не может совпадать со служебным словом. Регистр букв в Pascal не имеет значения.

Называть объекты принято короткими именами, длина которых обычно не превышает 8 символов.

Далее более подробно разберем каждый синтаксический элемент языка Pascal.

Переменная

Для создания и объявления переменных в языке Pascal используется ключевое слово var:

var

x, y: тип;

Переменные в данном случае имеют имена x, y, а также определенный тип.

Перед использованием переменных внутри функции или процедуры необходимо объявить их за пределами тела программы (до слова begin), а также после определения данной функции или процедуры. Если переменная должна использоваться в разных частях программы, она может быть объявлена как глобальная сразу после заголовка программы.

Скачать файл

Функция и процедура

Процедура является разновидностью функции, основная задача которой состоит в выполнении определенных действий без возврата каких-либо значений. Для объявления данных структурных элементов используются следующие команды:

Function имя(параметры): тип_возвращаемого_результата;

Procedure имя(параметры);

Комментарии

Поддерживаются как однострочные, так и многострочные комментарии. В последнем случае используются символы {* и *} соответственно перед закомментированным блоком и после него. Отдельные строки комментируются фигурными скобками ({ и }) в начале и в конце.

{* Комментарий

несколько строк *}

{ Комментарий в одну строку }

Регистр

В Pascal отсутствует различие между строчными и прописными буквами. Например, оба символа b и B будут восприниматься как одинаковые.

Заявления

Структура языка Pascal фактически представляет собой последовательность заявлений, выполняющих определенные задачи (объявление переменных, назначение, чтение и запись данных, передача управления потоком другим программам и др.).

Пример:

readln (x, y, z);

a:= (x + y + z)/2;

area:= sqrt(x * (a-x)*(a-y)*(a-z));

writeln(area);

Служебные слова языка Pascal

В алфавите языка зарезервированы несколько англоязычных слов, которые нельзя использовать в качестве имен объектов.

Операторы в языке Pascal

Составной и пустой

Составным в Pascal называют оператор, состоящий из нескольких простых операторов внутри блока, ограниченного операторными скобками.

Также функциональные блоки могут вкладываться друг в друга. Глубина вложенности не ограничена:

Begin

…

Begin

…

Begin

…

End;

End;

End.

Если перед End стоит точка с запятой (;), мы имеем дело с пустым оператором.

Условный

IF <условие> THEN <оператор1> [ELSE <оператор2>]

Условие (логическая операция) принимает значение boolean. Если результат верный, выполняется блок <оператор1>. Иначе идет выполнение блока <оператор2> при его наличии.

Условия также бывают вложенными. И тогда любой блок ELSE будет относится к ближайшему расположенному выше блоку THEN.

Рассмотрим это на примере.

Var

x, y, a, b: Integer;

begin

x:=1;

y:=2;

a:=3;

b:=4;

If x > y Then

If a < b Then

If a < 0 Then

a:=0

{Последняя часть IF будет соответствовать следующему далее ELSE}

{Точка с запятой в данном случае после оператора присваивания не ставится}

Else

x:=y;

End.

Или другой вариант:

If x > y Then

If a < b Then

If a < 0 Then

a:=0

Else

Else

Else x:=y

Цикл

Блоки, указанные в этом операторе, повторяются заданное количество раз:

For <переменная цикла>:=<начальное значение> To(DownTo) <конечное значение> Do <блок операторов>

Для работы цикла объявляется переменная целого или перечисляемого типа. Далее она будет меняться от начального до конечного значения с шагом 1 в сторону повышения (To) или понижения (DownTo).

Проверка условия цикла выполняется перед началом выполнения блока операторов. В случае невыполнения условия работа цикла For прерывается. Покажем это на примере подсчета суммы чисел:

Program Summa;

Var

I, N, S: Integer;

Begin

Write(‘N = ‘);

Readln(N);

S:=0;

For I:=1 To N Do

S:=S + I;

Writeln (‘Cумма равна ‘, S)

End

While <условие> Do <блок операторов>

Здесь операторы выполняются до тех пор, пока условие является истинным (значение true). Блок операторов в процессе выполнения должен менять начальное условие, иначе цикл будет бесконечным. И, напротив, изначально ложное условие приведет к тому, что операторы никогда не исполнятся.

Условный цикл с проверкой после выполнения блока операторов

Repeat <блок операторов> Until <условие>

Здесь сначала выполняется тело цикла, а затем проверяется указанное условие. Последнее тоже должно меняться в процессе выполнения блока операторов. Цикл завершается, как только условие принимает истинное значение (true).

Для примера приведем программу, выводящую ASCII-код введенного пользователем символа. Вывод результата будет продолжаться до тех пор, пока пользователь не введет пустой символ.

Program Code;

Const

Cr = 13;

Var

Ch:Char;

Begin

Repeat

Readln (Ch);

Writeln (Ch,’ = ‘, Ord (Ch));

Until Ord (Ch) = Cr

End.

Выбор одного варианта из нескольких

Case <ключ выбора> Of <список выбора> Else <оператор> End;

Здесь в качестве ключа выбора может быть любое выражение, имеющее перечисляемый тип. Список выбора представлен в виде конструкции или нескольких конструкций, имеющих вид <значение ключа>:<блок операторов>.

Анкета

Ниже приведем программу простейшего калькулятора. Вводятся две строки. В первой указывается пара чисел, разделенных пробелом или запятой, с которыми будет осуществляться арифметическая операция. Строкой ниже указывается символ этой самой операции.

2 2

*

Программа завершит свою работу, когда вместо стандартных арифметических знаков (+, -, /, *) будет введен любой другой символ.

Код выглядит следующим образом:

Program Calc;

Var

Operation: Char; {Знак операции}

X, Y, Z: Real;

Stop: Boolean;

Begin

Stop:= False;

repeat

Writeln; {Разделитель}

Write (‘X, Y = ‘);

Readln (X,Y);

Write (‘Операция: ‘);

Readln (Operation);

Case Operation Of

‘+’: Z: = X+Y;

‘-‘: Z: = X-Y;

‘*’: Z: = X*Y;

‘/’: Z: = X/Y;

Else

Stop:= True;

End;

If Not Stop Then

Writeln(‘Z = ‘,Z);

Until Stop;

End.

Перед блоком операторов может сразу несколько вариантов выбора. Значения этого выбора разделяются запятыми.

Безусловный переход к определенной метке

Goto <метка>

Описание метки дается в соответствующем разделе. Следует учесть, что локальная метка, описанная внутри процедуры или функции, не будет видна за пределами тела этой процедуры или функции.

Типы данных в Pascal

Из примитивных типов различают: integer (целый), real (с плавающей точкой), boolean (логический), char (символьный). Позже в Pascal ввели конструктор перечислений.

Пример использования:

var {блок объявления переменных}

r: real; {переменная с плавающей точкой}

i: integer; {переменная целого типа}

c: сhar; {символьная переменная}

b: boolean; {логическая переменная}

e: (apple, pear, melon, orange, lemon); {переменная перечисляемого типа}

Существует также классификация типов данных, называемых порядковыми (ordinal). Она разделяет целочисленные (со знаком и без), логические, символьные данные, а также типы-перечисления и типы-диапазоны. Все порядковые типы требуют определения кода (некоего целого числа) с использованием функции ord. Далее все операции будут выполняться именно с этими кодами.

Значения разных порядковых типов могут собираться в подмножества, называемые диапазонами:

var

x: 1..10;

y: ‘a’..’z’;

z: pear..orange;

Специально для этих типов в Pascal выделены операции inc, dec, succ, pred, ord, а также операции сравнения (=, >, <, =>, <=, <>). Они могут быть использованы в самых разных языковых конструкциях (например, в операторе выбора case, для итерирования по циклу for, для задания границ массивов, для указания элементов множеств и типов-диапазонов).

В языках, подобных Си, возможны целочисленные арифметические действия с типами boolean и char. В Pascal же такая возможность не предусмотрена.

Еще одним важным отличием от многих других языков является наличие специального типа данных — множества:

var

set1: set of 1..10;

set2: set of ‘a’..’z’;

set3: set of pear..orange;

В рамках современной математики эта фундаментальная сущность может использоваться достаточно широко. Синтаксис Pascal подразумевает использование внутри множеств лишь элементов одного порядкового типа. Такая конструкция работает здесь быстрее, чем в других языках, где поддержка множеств отсутствует.

Пример, проверяющий принадлежность элемента множеству:

if i in [5..10] then

…

Это даст более быстрый результат, нежели проверка логическими условиями:

if (i>4) and (i<11) then { проверка логическими условиями }

…

Чтобы присвоить множеству значения, необходимо составить список элементов внутри квадратных скобок. Сами элементы отделяются друг от друга запятыми:

var

d=set of char;

begin { начало блока }

d:=[‘a’,’b’];

…

В версии языка от Йенсен и Вирта множества представляли собой упакованные символьные массивы фиксированной длины. Поэтому иногда приходилось дописывать в массив пробелы, чтобы дополнить его до указанного размера.

В современных модификациях Pascal присутствует специальный тип string для работы со строками. Он позволяет производить операции конкатенации (+) и сравнения (>, <, =, <>, >=, <=). Сравнение происходит в лексикографическом порядке. Строки, имеющие одинаковую длину и совпадающие по расположению всех символов, считаются равными. Ранее, в 1970-90 годах, диалекты языка содержали тип string как массив символов (array [0..n] of char). При этом код нулевого символа задавал длину строки, а сама строка могла иметь размер до 255 символов. В настоящее время версия Free Pascal поддерживает тип AnsiString в качестве string. Для его работы реализовано динамическое высвобождение памяти с обеспечением максимального размера строки в 2 ГБ. Также аналогом string является тип WideString, использующий 16-битное представление символов в кодировке UCS2.

Имеющиеся типы данных могут являться основой для определения новых:

type {блок объявления пользовательских типов}

a = Integer;

b = a;

…

Примерно таким же образом из примитивных типов создаются составные:

type

a = Array [1..10] of Integer; {определение массива

b = record {определение записи}

x: Integer;

y: Char;

end;

c = File of a; {определение файла}

Файлы в Pascal бывают типизированными, текстовыми и без типа. В приведенном примере представлены последовательности однотипных элементов. Это и есть типизированные файлы, каждому из которых соответствует переменная-указатель на буфер, обозначаемая как f^. Затем такой указатель перемещается к следующему элементу операторами get (чтение) и put (запись). Эквивалентом конструкции get(f); x:=f^; является процедура чтения read(f, x), а эквивалентом конструкции f^ := x; put(f); — соответственно процедура записи write(f, x). Файлы текстового типа рассматриваются как дополнение типа file of char. Они помимо прочего позволяют записывать любые символы в файл, а также считывать эти символы из файла подобно работе консольного ввода-вывода.

Файлы без типа как переменные на самом деле имеют общий тип file и позволяют выполнять с собой операции нетипизированного ввода-вывода фиксированными фрагментами по несколько байт.

Структура программы в Pascal

Структура исходного кода на языке Pascal жестко определена и должна беспрекословно соблюдаться. Простейшая программа выглядит в общем случае так:

Program <имя программы>; {заголовок программы, задаваемый разработчиком}

Const <имя константы>=<значение константы>; {блок описания констант}

Var {блок описания переменных, может отсутствовать}

<имя переменной1, имя переменной2, … >: <тип1 переменных>;

<имя переменной1, имя переменной2, … >: <тип2 переменных>;

Begin {начало программы}

<тело программы> {последовательность операторов и функций, разделенных точкой с запятой}

End. {конец программы}

На практике структура исходного кода Pascal намного сложнее, но в любом случае программа должна начинаться с команды Begin и завершаться командой End с точкой.

Блок описания содержит все переменные, которые будут использованы в программе. Указываются также их типы (целые, дробные, символьные и т. д.). Не допускается выбирать имена переменных, совпадающие с именем программы и служебными словами.

Поставленная задача может потребовать составления нескольких алгоритмов. Покажем это на примере.

Пользователю предлагается ввести с клавиатуры целое число. Если оно равно 2, программа преобразует его в 4, а если оно равно 4, программа делает его равным 2. Во всех остальных случаях число не изменяется.

Очевидный алгоритм выглядит так:

Если х=2, то х=4;

Если х=4, то х=2.

Далее приведем пример программы по вычислению периметра прямоугольника.

Математическая формула нахождения этой величины имеет вид S=2(a+b), где а и в – стороны прямоугольника.

Program perimeter;

Var

P,a,b:Integer;(Периметр и стороны – переменные целочисленного типа)

Begin

a:=2; (сторона равна 2)

b:=3; (сторона равна 3)

P:=2*(a+b); (периметра Р равен 10)

Write(Р); (вывод на экран найденного значения)

End.

Первую строку программы занимает заголовок. В блоке описания переменных перечисляются все переменные, и указывается целочисленный тип. Между служебными словами Begin и End перечисляются операторы, последовательно выполняющие определенные действия. Сначала идут два оператора присваивания. Затем вычисляется значение 2*(a+b), которое присваивается переменной Р. Результат сохраняется в оперативной памяти компьютера и далее выводится на экран с помощью оператора Write.

Плюсы и минусы языка Pascal

Достоинства

Язык изначально разрабатывался с максимально простым, однозначным и понятным для новичков синтаксисом. Множественная трактовка тех или иных символов исключена. К примеру, присвоить переменной определенное значение в Pascal можно только так:

x := x + 1;

Такой вид четко отличает эту операцию, например, от сравнения (x = x + 1;), что позволяет избежать путаницы. В некоторых других языках программирования обе этих операции неотличимы друг от друга.

Второе важное преимущество Pascal заключается в компилируемости кода. Любая программа может быть скомпилирована (переведена в машинный код), передана другому пользователю и без труда запущена на другом компьютере. Для сравнения — современные языки программирования типа C#, JavaScript и Python требуют предварительной установки виртуальной машины либо интерпретатора. В их отсутствие готовая программа просто не запустится.

Наконец, Pascal достаточно дружелюбен к пользователю и даже игнорирует множество допущенных программистом ошибок. Строгая типизация и структурированность языка дополнительно защищают программы от критических отказов. Значимые ошибки, даже если они не очевидны, оперативно выявляются еще на этапах написания и компиляции исходного кода. В других же языках ошибки могут обнаружиться лишь на стадии тестирования и даже запуска программы.

Недостатки

Язык Pascal обладает и характерными минусами:

• Ограниченная совместимость с компонентами других языков программирования.
• Плохая пригодность для решения узкоспециализированных задач по причине своей универсальности.
• Отсутствие расширенных возможностей при работе с динамической памятью и переменными массивами.
• Отсутствие раздельной компиляции.

Данные ограничения явились причиной того, что язык на практике применялся мало. И все же некоторое популярное ПО (Total Commander, Skype, KMS Player, ряд старых игр) написано именно на диалектах Pascal.

Сферы применения языка Pascal

Данный язык программирования прежде всего считается учебным и поэтому подойдет для получения практического опыта в программировании. Кроме того, Pascal можно использовать в следующих отраслях:

• Промышленность

Здесь применяются главным образом диалекты Object и Turbo для программирования оборудования с микроконтроллерами.

• Бизнес

В целях разработки современных приложений Pascal используется очень редко. Наиболее активно он применялся в 2000-х годах, хотя отдельные компании по сей день эксплуатируют программы, написанные в то время, с целью решения некоторых задач. Новое ПО для бизнеса на этом языке практически не разрабатывается.

• Создание новых языков программирования

На основе Pascal разработаны многие современные языки. Отдельные производители бытовой техники также создают собственные диалекты для своих продуктов.

• Школьное обучение

Этот язык используется в качестве учебного в школах России и некоторых других стран. Школьники обучаются на нем основам программирования.

В целом Pascal отлично подойдет для общего понимания работы компьютерных программ. Но для полноценной разработки ПО лучше использовать более современные языки программирования.

Стоит ли изучать Pascal в 2023 году

Многие люди говорят, что Pascal устарел и абсолютно не подходит для профессиональной разработки. Но на самом деле этот язык все еще используется в разных областях и вполне пригоден для изучения основ программирования.

Например:

— Язык Delphi основан на Pascal и имеет собственную среду разработки. С помощью этого инструмента можно создавать программы для разных операционных систем, включая Android и iOS.

— Основанный на Pascal язык Object Pascal используется в компиляторе FreePascal и других бесплатных средствах разработки, включая среду разработки Lazarus. Рассмотренный выше Delphi изначально тоже основывался на Object Pascal, пока не развился в самостоятельное средство разработки.

— Язык ST используется для программирования промышленных ПЛК (программируемых логических контроллеров), которые в свою очередь широко применяются для автоматизации производства. Это средство разработки также основано на Pascal.

— На языке Pascal Script разрабатываются программные оболочки типа Парус и SCADA-системы для автоматизации производственных задач.

Изучение Pascal может послужить хорошим стартом для развития в двух направлениях — инженер-программист и инженер в области автоматизации производства. Это востребованные и очень перспективные профессии, позволяющие человеку стать авторитетным специалистом. К тому же, зная основы программирования, можно легко изучать и другие языки программирования. И Pascal в этом отношении является оптимальным вариантом.