第一章、 什么是计算机语言
计算机语言是计算机软件中非常独特的一部份,它属于系统软件,但又和应用软件息息相关。它的作用是:使人类能够用某些命令、指令去让计算机为人类进行数值、逻辑运算。计算机语言中,只有一种语言是计算机能自己识别的,就是最底层、最难的机器语言,这是一般人类所无法接受的语言,所以在此基础上,人们发展出了许多高级的语言,这些语言的共同特点是:人类无需去掌握高深的机器语言,只要掌握这些更容易理解、更贴近人类的高级语言,用高级语言编出程序后,再由语言解释、编译系统去把程序解释、编译成机器语言让计算机去执行。目前最常用的高级语言大致有以下几种:
BASIC语言:是一般计算机入门者的首选语言,命令少,容易掌握,从BASIC,BASICA,GWBASIC,TRUE BASIC,TURBO BASIC,QUICK BASIC等一直发展到目前的WINDOWS环境下的VB。
PASCAL语言:最适合科学计算、数据处理的语言,运行、编译速度最快,从TURBO PASCAL 5 .5, 6.0, 7.0一直到现在的WINDOWS环境下的DELPHI以及LAZARUS等面向对象的PASCAL,以及目前信息学竞赛使用的FREE PASCAL各个版本。
C语言:主要适用于应用软件的开发,是计算机人员的必修课,但在算法实现、建模方面不如PASCAL方便。从C,C++,一直到现在的WIONDOWS环境下的VC、C++等。
实际上,我们日常所用的各种软件,包括Windows,WORD、EXCEL、各种游戏等等,全部都是使用程序设计语言编写出来的软件,我们只有掌握了程序设计语言,才能进行计算机软件的开发。
在我们的信息学竞赛中,所有的题目都是非常复杂的数值与逻辑运算,所以世界上广泛采用PASCAL语言作编程工具,我们采用的是FREE PASCAL2.0版本或者相近版本。
我们学习信息学竞赛除了要掌握程序设计语言,能够使用程序设计语言编写程序外,还有一部分要掌握的更加重要的内容就是——算法设计,它能够使我们的程序运行速度更快、效率、精度更高,使我们的程序取得快人一步的优势,算法设计在本书中我们将接触一部分。
第二章、PASCAL语言入门
第一节、 PASCAL语言的特点
以法国数学家命名的PASCAL语言是世界上使用最广泛,最有效的语言之一。其主要特点是:严格的结构化形式;丰富完备的数据类型;运行能力、效率高;查错能力强等等。与BASIC、C等语言相比,PASCAL语言更适合科学计算,运行速度最快,编译能力最强,编译成的可执行文件也最小。
PASCAL语言是编译执行的语言(BASIC语言是解释执行),因此在速度与效率上都比BASIC语言提高了一个档次。所谓解释执行,是在程序环境下编写好程序后,执行它时是一句一句地由语言解释器翻译成机器语言,由计算机去执行,计算机能在程序编辑时就发现程序中错误,但程序运行速度慢;而编译执行是在程序环境中编写好程序后,执行时先由编译器把整个程序编译成机器语言,然后再由计算机执行,计算机必须在编译程序时才能发现程序中的错误,但程序运行速度快。
第二节、FREE PASCAL的集成环境 [Downlink href="http://down.qiannao.com/space/file/lostphp/share/2011/3/4/fpc-002d2.4.0.i386-002dwin32.zip/.page"]fpc-2.4.0.i386-win32.zip[/Downlink]
一个题目,如果用PASCAL语言来解,在建立好数学模型及完成一定的自然语言描述后,就用PASCAL语言来编辑出程序,编译后再运行(可以作为一个过程),这样才能得到答案。
FREE PASCAL提供了一个功能非常强大的集成环境,我们可以利用它来完成上述所有过程。进入这个环境的方法很多,可以根据实际情况自己进入。进入集成环境后屏幕上显示如下:
File Edit Search Run Compile Debug Tools Options Window Help |
菜单区 |
|
程序编辑区 |
|
|
F1 Help F3 Open ALT F9 Compile F9 Make ALT F10 Local Menu |
功能键区 |
|
|
|
|
用键盘选择菜单的方法是:按F10,激活菜单后,用光标键来选择;或是直接用ALT健加菜单的第一字母,如ALT+F,即能调出FILE菜单。另外,我们也可用鼠标来调用菜单,操作方法与其它软件一样。
功能健中定义了:F1可得到帮助;F3打开一个已存盘的程序文件;ALT F9 编译当前程序;F9把当前程序编译成EXE(可执行)文件,ALT F10打开菜单,当然,还有一些功能键并没有在这里显示,在后面的学习中我们将逐个涉及,大家自己也可以从菜单中发现。
第三节、一个PASCAL程序
一、 进入编辑状态:
选择菜单[FILE][OPEN](今后涉及到菜单调用时,均以此格式表示,即选择FILE菜单中的OPEN功能)功能,打开一个程序文件,在输入文件名时,输入文件的主名即可进入程序编辑状态。这时可用编辑功能健:
光标键:用以上下左右移动光标位置;
INSERT:插入/改写状态切换;
TAB;光标跳至下一制表位;
CAPSLOCK:大小写切换;
DELETE:删除光标位一字符;
BACKSPACE:删除光标前一字符;
CTRL+Y:删除光标处一行;
HOME:光标跳至行首;
END:光标跳至行未;
PAGEUP:上翻一页;
PAGEDOWN:下翻一页;
ENTER:回车/换行;
二、 编辑一个PASCAL程序:
[例1、1] 输出一句话的小程序:
program Q1;
begin
writeln(‘You are welcome to the PASCAL world !’);
end.
请在编辑状态下编辑输入上述程序,第一行为程序开头,程序名(这一行并不是必须的,今后的程序中我们会经常省略之一行);第二行BEGIN表示程序开始,最后一行END表示程序结束;WRITELN()语句把括号中单引号中的的字符打印在屏幕上;记住,一般每行以分号“;”结束,但END后以句号“.”结束,而BEGIN后没有标点符号。即:
除BEGIN外,每一句PASCAL语句后均有分号或句号,只有程序的最后一个END后才用句号,而其它任何行未都是分号!!!
三、 在集成环境中运行程序:
上述程序[例1、1]编辑好后,如果要运行,只需选择菜单[RUN][RUN]命令(或CRTL+F9),如果程序正确的,就会在屏幕(这个屏幕叫程序输出屏幕)上显示:
You are welcome to the PASCAL world !
但是我们看到,输出屏幕上显示的结果一闪而过就又回到了集成环境屏幕显示,我们几乎看不到在屏幕上显示的结果,要查看刚才的屏幕显示,只需选择菜单[RUN][USER SCREEN](或ALT+F5),就又能回到输出屏幕,敲任意键又回到集成环境中。
如果程度出错,则程序没有被运行完就会回到集成环境中,并且光标停在错误的这一行,在编辑窗口中的第一行还会显示出错信息,如:
Run-time error 错误代码 at 错误发生地址
四、 保存文件
把当前编辑的程序文件以当前名存盘,只需运行菜单命令[FILE][SAVE](或F2),即可。
五、 关闭当前文件
当前文件不想现在再编辑了,可把它关闭掉,即运行菜单命令[WINDOWS][CLOSE](或ALT+F3),即可。
六、 打开已有文件
欲打开一个已经存在的程序文件,运行菜单命令[FILE][OPEN](或F3),再按TAB键去选择或不按TAB键而直接输入文件名即可。
七、 练习
在集成环境中输入以下程序,程序的作用是计算圆的面积,圆的半径由用户从键盘输入,编辑运行正确后请存盘:
program area_of_cicle;
const pi=3.1416;
var s:real;
r:integer;
begin
writeln(‘Please input radius :’);
readln(r);
s:=pi*r*r;
writeln(‘s=’,s);
end.
运行举例:
Please input radius:
5
s=7.854000000E+01
第三章、PASCAL语言程序基本概念
第一节、PASCAL程序的组成
我们仍以上述程序为例:[例2、1]
program area_of_cicle;
const pi=3.1416;
var s:real;
r:integer;
begin
writeln(‘Please input radius :’);
readln(r);
s:=pi*r*r;
writeln(‘s=’,s);
end.
每一个PASCAL程序都由程序头部和程序主体组成,最后以“end.”作为整个程序的结束。
一、 程序头部
程序头部毫无疑问是在程序的开头位置,以“program”这个词开始(但经常省略这一),以第一个BEGIN的前一行结束,中间每行后均有分号。
以CONST为开始的部分是说明程序中要用到的常量,以VAR为开始的部分是说明程序中要用到的变量。即程序中要用到的所有的常量及变量,我们必需在程序首部加以说明其名称及类型。这些我们将在稍后讲到。
二、 程序主体
以第一个BEGIN开始,以最后一个END结束,中间即为程序命令行,每一行均以分号结束!
第二节、PASCAL的数据类型
计算机存储数据时,1个字节等于8位,即:1BYTE=8BIT。 |
PASCAL语言的常量与变量都必须在程序头部先加以说明,即说明常量、变量的的名称及数据类型。PASCAL语言的数据类型很多,最常用的有以下几种:
一、 整数类型(没有小数部分)
INTEGER:取值范围[-32768,32767]。占用内存2个字节(16位)。
WORD:取值范围[0,65535]。占用内存2个字节(16位)。
BYTE:取值范围[0,255]。占用内存1个字节(8位)。
LONGINT:取值范围[-2147483648,2147483647]。占用内存4个字节(32位)。
SHORTINT:取值范围[-128,127]。占用内存1个字节(8位)。
二、 实数类型
REAL:取值范围[2.9E-39,1.7E+38]。占用内存6个字节(48位)。
实数的表示法有两种:1、直接表示,如:-0.4576, 123.567, -234, 0
2、科学计数法,如:1.234E-4, -3.546E12
表示1.234乘10的负4次方;-3.546乘10的12次方。
三、 字符类型
CHAR:单字符型,即取1个字符,如‘A’, ‘1’。
STRING:字符串型,即多个字符,如‘ABCD!123’,‘%¥#DS12’。
如果一个常/变量只要用到1个字符,则可把它定义成CHAR型;如果是多个字符,但不知确切多少个,则定义成STRING型,如果知道确切有N个字符,则定义成STRING[N]型,例如STRING[5],则表示定义的这个字符串变量由5个字符组成。字符串在PASCAL中使用都是加上单引号。
四、 布尔型
BOOLEAN:布尔型即为逻辑型,取值为TRUE、FALSE, 即真、假。
第三节、常量、变量、标准函数和表达式
一、 常量和变量
常量:程序运行过程中,其值不会改变的量,称为常量。在程序头部中说明,以CONST引导。
变量:程序运行过程中,其值可改变的量,称为变量。在程序头部中加以说明,以VAR引导。
如,在[例2、1]中说明的常量PI,变量S、R。
二、 标准函数
PASCAL语言提供数量非常大的标准函数供我们使用,这些函数有些可以直接调用,有些放在另外的单元(UNIT)中。PASCAL也提供了大量的标准过程,和标准函数一样供用户直接或间接调用。
如果一个函数或过程不在SYSTEM(即默认调用的单元)中,而在其它单元中话,即在程序头部的第一行正式行中加上USES 单元名;如,如果要使用CLRSCR(清屏过程,在CRT单元中)的话,就必须在程序头部加上:USES CRT;
函数的调用:如:A:=ABS(-34),即把-34的绝对值赋给变量A;(注意:函数只能出现在表达式中,即赋值语句中)。此时:A的数据类型与括号中的参数-34是一致的。函数的语法中都会说明,这个函数的参数的类型及这个函数的值(结果)的类型。
过程的调用:过程即命令,如:CLRACR;程序运行结果是清屏。
常用标准函数与过程很多,这里只列出最常用的几个。
标准函数 |
函数名 |
语法 |
说明 |
Abs |
Abs(r:real/integer):real/integer |
返回参数R的绝对值,类型与参数相同 |
Chr |
chr(i:integer):char |
返回参数所对应的ASCII码值,类型为CHAR |
Copy |
Copy(s:string;n,m:integer):string |
返回字串S的第N个字符开始的M个字符 |
Cos |
Cos(r:real):real |
返回参数R的余弦值 |
Exp |
Exp(r:real):real |
返回参数R的以e为底的幂 |
Int |
Int(r:real):real |
返回参数R的整数部分,返回的值是实数类型 |
Length |
Length(s:string):integer |
返回字串S的长度 |
Ln |
Ln(r:real):real |
返回参数R的自然对数 |
odd |
Odd(I:integer):boolean |
判断参数I是否奇数,如是,则返回TRUE |
ord |
Ord(s:scalar):integer |
返回任意有序量的序值 |
random |
Random |
返回0至于间的任意一个小数(随机数) |
round |
Round(r:real):longint |
返回参数R的四舍五入取整值 |
sin |
Sin(r:real):real |
返回参数R的正弦值 |
sqrt |
sqrt(r:real):real |
返回参数R的平方根 |
sqr |
Sqr(r) |
返回参数R的平方值,结果类型与R的类型相同 |
trunc |
Trunc(r:real):integer |
返回参数R的整数部分,返回的值是整数类型 |
标准过程 |
过程名 |
语法 |
说明 |
Delay(CRT单元) |
Delay(ms:word) |
延迟发声MS毫秒 |
Delete |
Delete(s:string;n,m:integer) |
把串S中的第N个字符开始的M个字符删除 |
Exit |
Exit |
从当前执行的程序中退出 |
Gotoxy(CRT单元) |
Gotoxy(x,y:integer) |
把光标定位到第X列Y行处 |
halt |
Halt |
中断程序的运行 |
nosound |
Nosound |
关闭机器喇叭 |
Sound(CRT单元) |
Sound(f:word) |
让机器喇叭发出频率为F的声音,直到nosound |
str |
Str(I:integer;var s:string) |
把数值I转换为字符串S |
val |
Val(s:string;var r:real;var c:word) |
把字符串S转换为数值R,并返回错误代码C |
|
|
|
|
|
三、 表达式
由算术运算符(+,—,*,/)及数字、常量、变量、标准函数所组成的式子中心表达式。
如:5+9; A*B-34*ABS(-34)/INT(B)
另外,PASCAL中有两个很有用的运算符,DIV:求商的整数值;MOD:求余数。如:
8 DIV 3 的值是2,10 DIV 3 的值是3;
8 MOD 3的值是2,10 MOD 3的值是1;
在PASCAL的表达式中,不允许出现我们日常生活中的那种分式或根号等式子,我们必须按照PASCAL的语法把它们改写成PASCAL表达式。在PASCAL的表达式中,运算顺序是:
()à 函数 à *,/,DIV,MOD à +,-
如:把下列算式改写成PASCAL表达式:
改写为PASCAL表达式为:(x*x+3*y-5*(z-2))/(x-y*y)
从上例中可以看出:
1、 PASCAL表达式中没有分式,只能以除号“/”来隔开;
2、 PASCAL表达式中的分子与分母应该用括号括开;
3、 PASCAL表达式中只有小括号,不能有中括号或大括号,小括号可以有很多层;
4、 PASCAL表达式中没有乘幂,只能用乘法来表达(在FP中有平方函数,所以可以使用SQR函数);
5、 PASCAL*表达式中任意两个常量、变量、数值、括号、函数之间都必须不能缺省运算符,即乘号必不可少;
这些要求希望大家记熟,这是我们编写PASCAL程序的必要基础。
四、 练习
1、 计算下列表达式的结果:
31 div (5 mod 2) 31 div 5 mod 2 31 /(5 div 2)
2、
把下列算式改写为PASCAL表达式:
第四节、程序头部的说明语句
在程序头部的说明语句中,可有以下几种引导词,例:
LABEL 10,30: 说明程序中要用到两处标记(即行号)10和30;此项不用掌握。
CONST p=123;
a=12.346;
s=’abcdefg’;
定义了I,J,K三个变量是整数型;X,Y是实数型;S1是5个字符组成的字符串;P是布尔型。 |
VAR I,j,k:integer;
X,y:real;
S1:string[5];
P:boolean;
定义了一个自定义的数据类型T,其包含两个整数及一个字符串,这种数据类型我们也将在后而详细讲。 |
TYPE T=record
Tn,tm:integer;
Ts:string;
End;
第四章、PASCAL的顺序程序结构
PASCAL是一种结构化的程序设计语言,其包含三种结构:顺序、选择、重复,其中顺序结构是最基础的,即程序是完全从第一句运行到最后一句,中间没有中断,没有分支,没有反复;而选择结构即是给程序设置了分支;重复结构即反复运行某一段(句)程序。
第一节、赋值语句
赋值语句的一般格式:变量名:=表达式
变量名一定要已经在程序头部先说明过,赋值符号其实就是冒号加等于号“:=”,而绝不能只用等于号“=”。冒号的左边(即赋值符号的左边)只能是一个变量名!不能也是表达式,更不能是具体数值。一个赋值语句中只能出现一个赋值符号。
例如:以下赋值语句都是正确的:
X:=1; 把1这个数值赋给X这个变量;
A:=B*C+12*INT(D); 把B*C+12*INT(D)这个表达式的值赋给变量A;
Y:=Y+1; 把Y+1的值再赋给Y这个变量, 即累加。
以下赋值语句都是错误的:
S:=T:=1; 不能有两个赋值号在一个语句中;
X+2:=4; 赋值号左边不能是表达式;
Z=3; 少了冒号;
由上可以看出,赋值语句实际上是先把等于号右边的表达式计算出,再赋给赋值号左边的变量。
以下[例3、1]程序的作用是先把A,B两个变量赋上值(3和2),打印在屏幕上;然后再交换它们的值,再打印在屏幕上:
Program L31;var a,b,c:integer;begin a:=3;
b:=2;
writeln(’a=’,a,’ ’,’b=’,b);
c:=a;
a:=b;
b:=c;
writeln(’a=’,a,’ ’,’b=’,b);
end. |
这边程序说明、解释,大家不用输入。这时刚说明A,B,C三个变量,值均为0程序开始这时A的值为3
这时B的值为2
此句为打印语句,结果在输出屏幕上
这时C的值为3
这时A的值为2
这时B的值为3, 此时A,B的值已经交换
打印语句
程序结束 |
上述程序是一个比较简单的顺序结构的程序,希望大家看懂程序每一句的作用,进一步理解PASCAL程序的语法规则。在程序运行过程中各变量数值变化的情况如程序右边。从上述程序中还可以看出,一个变量如果本身已经被赋过值,当再次赋值时,原来的值就不起作用,而被新的值所覆盖。
赋值时一定要考虑数据类型的匹配,如下列程序[例3、2]中一些赋值语句就会出错。
Program q32;Var I,j,k:integer; R:real; S:string;
Begin
I:=123.456;
R:=146;
R:=trunc(1231.54346);
K:=6/3;
S:=123;
S:=’aasd’+1234;
End. |
说明I,J,K三个变量是整数型;R是实数型;S是字符串型;
程序开始
错误:因为I是整数型变量,不能把一个实数型数值赋给它;
正确:146也是一个实数;
正确:trunc这个函数的返回值是整数型的,可以赋给实数型变量;
错误:6/3虽然得到的值是2,但这个2是实数型,而不整数型的;
错误:S是字符串型变量,而123是数值型值;
错误:表达式中不能把字符串与数值相加。
程序结束 |
第二节、输出语句
计算机在运行一个程序时,当计算出结果后,是不会自动在屏幕上显示出结果的,而必须由用户用输出(打印)语句把结果显示(打印)到屏幕上。输出语句就是在程序完成计算后,让用户能够控制计算机把结果显示出来。PASCAL语言提供了两个输出语句:
WRITE(项目,项目,……);
WRITELN(项目,项目,……);
两个语句用法完全相同,只不过WRITE在输出所有项目后,光标不换行,停在最后一个输出项目后;而WRITELN在输出所有项目后,光标自动换行,跳到下一行开头位置。
PASCAL的输出屏幕与DOS下完全相同,共有25行,80列,即每行可显示80个字符。
例:[例3、3]:
program q33;
var a,b,c:integer;
begin
a:=1;
b:=a+1;
c:=a+b;
write(a);
write(b);
writeln(c);
writeln;
writeln(a,b,c);
writeln(a:4,b:4,c:4);
end.
输出结果是:
123
123
1 2 3
由上可以看出,一个WRITE语句输出完内容后,光标没有换行;一个WRITE或WRITELN语句中可输出多个项目;一个空的WRITELN语句的作用是换行(即空一行);在WRITE或WRITELN语句中如果输出数值型数据,可用如“A:4”这种格式来控制变量A在输出时固定占用4个字符位(4个有效数字)。如:WRITELN(X:6:2);表示输出X的值时,给定6个有效数字,其中2个小数位,即
另有3个整数位及一个小数点。
第三节、键盘输入语句
键盘输入语句的作用是,使用户能在程序运行过程中,从键盘对变量进行赋值。PASCAL提供了两个键盘输入语句:
READ(变量名,变量名,……);
READLN(变量名,变量名,……);
其中变量名必须是在程序头部先说明过的,而在键盘输入时输入的数据也必须与其类型相符。READ和READLN都可以一次性从键盘输入多个数据,每个数据用空格隔开。假设READ或READLN要求输入X个数据,而我们输入时也输入了X个数据,这时READ与READLN的功能是完全一样的。但是,如果要求输入X个数据,而我们输入了多于X个数据时(如X+N个),这时READ与READLN都是把前X个数据赋给X个变量,而剩下的多输入的N个数据就有如下情况:
如果是READ,则这N个数据被保存下来,到下一个READ/READLN语句时再赋给剩下的变量;而用的是READLN的话,这些数据将被放弃,不会留至下一个READ/READLN。例如如下两个程序[例3、4]:
Program q341;Var I,j,k,l:integer;BeginRead(I,j);
Read(k,l);
Writeln(I,j,k,l);
End. |
Program q342;Var I,j,k,l:integer;BeginReadln(I,j);
Readln(k,l);
Writeln(I,j,k,l);
End. |
运行上述两个程序时,都会等待用户从键盘上对变量I,J,K,L分两次输入数值(整数型),如果类型不对,或是数据之间不用空格隔开,屏幕上都会显示出错信息。如果我们每个程序的再次键盘输入都只输入两个数据:即:
1 2
3 4
这时,两个程序的运行结果都相同:
1234 1234
如果我们每个程序都输入以下数据,即:
1 2 3
4 5
这时,两个程序的运行结果是不同的:
1234 1245
请大家注意两个结果为什么不同?
第四节、程序的调试
1、 运行程序:CTRL+F9或菜单[RUN][RUN];
2、 程序运行过程中暂停:CTRL+BREAK;
3、 继续运行程序:CTRL+F9;
4、 程序在暂停后取消继续状态:CTRL+F2;
5、 逐句(单步)执行程序:F7或TRACE;
6、 逐段运行程序:F8或STEP;
7、 在当前光标处设置一个断点:CTRL+F8;
8、 查看内存变量或表达式值:CTRL+F4;
9、 增加变量查看:CTRL+F7;
第五节、练习
1、 下面三段程序运行结果一样吗?
Var a:integer; B:real;Begin
A:=2;
B:=2;
Writeln(b/a);
End. |
Var a:integer; B:real;Begin
A:=2;
B:=2;
Writeln(a/a);
End. |
Var a:integer; B:real;Begin
A:=2;
B:=2;
Writeln(a div a);
End. |
2、如果a,b,c的值分别是2,4,6。执行下列语句后,a,b,c的值各是多少?
A:=b;b:=c;c:=a;
B:=c;c:=a;a:=b;
C:=a;a:=b;b:=c;
T:=a;a:=b;b:=c;c:=t;
3、请说明下列两个变量的值有何不同:
C:=‘’ {单引号间没有字符}
C:=‘ ’ {单引号间有一个空格}
4、写出下列每小段程序的运行结果(只是程序的一部分):
A.write(‘*’);write(‘*’);write(‘*’);write(‘*’);
B.writeln(‘*’);writeln(‘*’);writeln(‘*’);writeln(‘*’);
C.write(‘*’);writeln;write(‘*’);writeln;write(‘*’);writeln;write(‘*’);writeln;
D.write(‘’);writeln(‘*’);write(‘’);writeln(‘*’);write(‘’);writeln(‘*’);write(‘’);writeln(‘*’);
5、编一程序,从键盘输入整数A,B的值,然后把A,B的值交换后输出。
6、编一程序,键盘输入整数A,B的值,然后打印A除以B的商的整数部分及余数。
7、编一程序,从键盘输入一个实数,然后输出其四舍五入精确到小数点后第3位的数。
8、编一程序,从键盘输入一个四位整数,然后把该数的每一位进行交换,即千位换为个位,百位换成十位,然后输出新数。
9、random函数可得到0到1之间的随机小数,请编一程序用此函数得到10到100之间的随机整数。(注意:randomize可初始化随机数)。
10、从键盘输入一个4位整数,要求打印出它的各位数之和。
11、从键盘输入两个整数,打印出更小的那个数。