Процедурное программирование

Процедурное программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ (архитектуры Неймана). Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности инструкций, задающих те или иные действия. Основной конструкцией процедурного языка является оператор присваивания (например, а = 3), служащий для изменения содержимого областей памяти. Выполнение программы сводится к последовательному выполнению инструкций с целью преобразования исходного состояния памяти (т.е. значения переменных) в заключительное. Таким образом, с точки зрения программиста имеется программа и память, причём первая последовательно обновляет содержимое последней.

К процедурным языкам программирования относятся такие как Fortran, Basic, Pascal, С и др.

Важнейшим признаком процедурных языков программирования является их уровень (рис. 2.9). Чем более язык ориентирован на человека, тем выше его уровень.

Рис. 2.9

Уровни процедурных языков программирования

Машинный язык, очевидно, является низкоуровневым языком. Для упрощения чтения программ на машинном языке вместо чисел используют символические обозначения машинных инструкций, совокупность которых образует язык ассемблера или автокод. Машинный язык зависит от типа процессора, поэтому программы, написанные на ассемблере или на машинном языке для одной ЭВМ, вообще говоря, непереносимы на другую без изменений.

В настоящее время автокод используется для реализации критичных по времени участков в составе программы на языке высокого уровня.

Пример

В качестве примера рассмотрим программу ускорения клавиатуры, рассмотренную в п. 2.4.3, которая имеет вид:

 

B8 05 03 BB 00 00 CD 16 CD 20

 

Если перевести машинные коды на автокод, то будет получено следующее соответствие:

 

B80503 mov ax,00305

BB0000 mov bx,00000

CD16 int 16

CD20 int 20

 

Теперь легко понять, что в первой и второй инструкциях в регистры процессора AX и BX, то есть в специальные участки памяти, помещаются числа, которые являются аргументами специальной системной функции – прерывания, имеющей шестнадцатеричный номер 16.

g

Первым языком высокого уровня, получившим широкое распространение, был язык Fortran, разработанный в 1956 г. сотрудником фирмы IBM Дж. Бэкусом. В 1958 г. появилась версия Fortran-II, в которой впервые была реализована идея раздельной компиляции модулей, что дало возможность создавать библиотеки подпрограмм. Простота языка дала возможность генерировать эффективный машинный код и она же дала возможность создавать программы непрофессиональным программистам. С 1980 г. существует международный ISO-стандарт языка. Эти и ряд других причин сделали Fortran самым распространённым языком программирования в 50-80 гг. За это время было создано большое количество прикладных программ, что обуславливает широкое применение этого языка в настоящее время.

Fortran предназначался для научных вычислений, то есть для работы с большими объёмами числовой информации и с большим числом операций с плавающей запятой. Основным понятием языка является числовой массив. Существуют даже версии языка, в которых непосредственно в самом языке реализованы операции линейной алгебры, например, сложения и умножения матриц.

Типичная Fortran-программа состоит из основного модуля (main segment) и некоторого количества подпрограмм (subroutines). Управление ходом выполнения программы реализуется с помощью инструкций безусловного перехода (goto), условия (if) и цикла (for).

Пример

Следующая программа рассчитывает среднее значение между минимальным и максимальным элементом вектора:

 

cc объявление целых переменных I, MX, MN

сс и целочисленного массива А из 100 элементов

integer I, MX, MN, A(100)

real RS

сс чтение массива с клавиатуры

read (A(I), I=1, 100)

сс начальные значения максимальной и минимальной величин

MX=A(1)

MN=A(1)

сс в цикле (его последний оператор имеет метку 10)

сс осуществляется перебор всех элементов массива

do 10 I=2, 100

if (A(I).gt.MX) MX=A(I)

if (A(I).lt.MN) MN=A(I)

10 continue

сс вычисление средней величины

RS=(MN+MX)/2

сс вывод на экран монитора

write RS

end

g

Язык Basic изначально представлял собой упрощённый Fortran и был создан в 1964 г. для обучения программированию. Однако со временем этот язык приобрёл популярность среди профессиональных разработчиков программ. Основной недостаток языка – это использование большого числа «правил по умолчанию», что затрудняет создание надёжных программ. Отсутствие общепринятого стандарта на язык также мешает его распространению и использованию в серьёзных программных разработках. Язык Visual Basic является объектно-ориентированной версией языка Basic, созданной фирмой Microsoft, и широко используется для разработки графического интерфейса прикладных программ.

Язык Pascal был создан в 1970 г. также для изучения программирования, однако, многочисленные положительные качества этого языка обусловили его широкое распространение как для прикладного, так и для системного программирования. Наибольшую популярность приобрела объектно-ориентированная версия этого языка, реализованная в системе Delphi.

В 1970 г. был разработан язык С, который предназначался для системного программирования. Существует стандарт языка, принятый в 1982 г., в котором были использованы концепции языка Pascal, а также некоторые концепции, развитые в появившемся в это время языке C++.

Исходя из практики применения языка С, его можно рассматривать как вариант ассемблера, в котором предполагается некоторая идеализированная ЭВМ.

Основные элементы языка – это данные определённого типа, инструкции и функции. Программа на языке С состоит хотя бы из одной функции.

Пример

В следующей программе показано копирование строк.

 

/* это главная функция */

void main(void)

{

/* объявление и инициализация строки */

char * string1=”Это строка”;

/* объявление числового массива */

char string2[15];

/* объявление указателя на числовой массив

и исходную строку

*/

char * temp1 = string1,* temp2 = string2;

/* копирование */

while(* temp2++ = * temp1++);

 

}

g

Ещё одним старейшим языком программирования является Cobol (COmmon Business Oriented Language). Он был разработан в 1959 г. и ориентирован на обработку коммерческой информации в больших организациях. Существует международный ISO-стандарт этого языка, принятый в 1985 г. Преобладающая часть прикладных программ делового и финансового применения в США написана на этом языке.

Программа на Cobol выглядит как ряд предложений, составленных из английских слов, напоминающих по форме английский текст, что упрощает правила пользования языком. Сущностью обработки данных, на которую ориентирован Cobol, является многократное повторение однотипных операций над последовательными группами данных. Данные, подлежащие обработке, представляются в виде входных и выходных массивов.