Numeryczna Mechanika Płynów

Języki programowania II

Instrukcje języków programowania

Olsztyn 2005

Wojciech Sobieski

Instrukcje

Instrukcje są jednym z najbardziej podstawowych elementów języka
programowania. Podstawowe instrukcje, występujące w wielu językach
programowania (np. FORTRAN, PASCAL, BASIC) to:

●

instrukcje czynne - związane są bezpośrednio z tokiem

obliczeń i wpływają na wartości poszczególnych zmiennych,

●

instrukcje bierne - są elementami pomocniczymi, służącymi

do organizacji kodu źródłowego i określenia ogólnych
właściwości poszczególnych obiektów.

Instrukcje

Instrukcje czynne:

●

instrukcje przypisania,

●

instrukcje sterujące:

skoku, zatrzymania, wstrzymania, końca, powrotu, warunkowa,
wyboru, powtórzeń (pętli), wejścia-wyjścia.

Instrukcje bierne:

●

specyfikacje segmentów i ich wejść,

●

specyfikacje cech obiektów,

●

specyfikacje formatu danych,

●

instrukcje funkcji i procedur,

●

instrukcje inicjowania danych.

Instrukcje czynne

Instrukcja przypisania - zwana inaczej instrukcją podstawienia, pozwala
nadawać zmiennym określoną wartość. Instrukcja przypisania ma postać:

zmienna = wyrażenie

gdzie zmienna oznacza zmienną prostą lub element tablicy, zaś wyrażenie
jest dowolną wartością liczbową, logiczną lub tekstową (w zależności od
typu zmiennej) lub odpowiednio wzorem matematycznym, funkcją
tekstową lub zwrotem logicznym.

Instrukcje czynne

Zależnie  od  języka  programowania,  jako  symbol  przypisania  stosuje  się
znak  “=”  (np.  FORTRAN,  BASIC),    “:=”  (np.  PASCAL)  lub  też
wyrażenie słowne. W wyniku zastosowania instrukcji przypisania zmienia
się bezpowrotnie wartość lewej strony zależności, elementy strony prawej
nie  ulegają  zmianie.  Tworząc  instrukcję  przypisania  pamiętać  należy  o
odpowiednim doborze typów i konsekwencjach ich mieszania.

Warto podkreślić, że instrukcja przypisania nie jest tożsama ze wzorem
matematycznym, stąd możliwe są podstawienia typu i = i+1, fałszywe z
punktu widzenia matematyki, ale poprawne i często stosowane w językach
programowania.

Instrukcje czynne

Instrukcja skoku – służy do przeniesienia punktu sterowania w inne,
wcześniej zdefiniowane, miejsce programu. Instrukcja skoku nie jest
zalecana

przez

teoretyków

programowania,

jednak często znacznie ułatwia realizację algorytmu. Instrukcja skoku ma
ogólną postać logiczną:

IDŹ DO nazwa miejsca

gdzie nazwa miejsca musi być już jednoznacznie zdeklarowana: może to
być etykieta (FORTRAN) lub „label” (PASCAL).

Instrukcje czynne

Instrukcja zatrzymania – służy do bezwarunkowego zakończenia
wykonywanego programu. Instrukcja często spotykana w blokach
podejmowania decyzji, uruchamiana gdy nie są spełnione warunki do
wykonywania dalszych działań.

Instrukcje czynne

Instrukcja wstrzymania – służy do chwilowego zatrzymania wykonywania
programu. Kontynuacja może być podjęta wskutek działania użytkownika
bądź też po upływie określonego czasu.

Instrukcje czynne

Instrukcja końca – służy do określenia końca programu, procedury,
funkcji, bloku deklaracji, bloku instrukcji bądź bloku inicjacji danych.

Instrukcje czynne

Instrukcje warunkowe – służą do podejmowania decyzji w zależności od
postawionych warunków:

JEŻELI warunek TO instrukcja

lub

JEŻELI warunek1 TO instrukcja1

W INNYCH PRZYPADKACH instrukcja2

gdzie warunek jest dowolnym wyrażeniem arytmetycznym, relacją lub
wyrażeniem logicznym, a instrukcja dowolnym blokiem poleceń,
wykonywanym gdy warunek jest prawdziwy.

Instrukcje czynne

Często zachodzi konieczność rozważenia większej liczby możliwości,
wówczas stosuje się inną konstrukcję logiczną:

JEŻELI warunek1 TO instrukcja1
JEŻELI ZAŚ warunek2 TO instrukcja2
JEŻELI ZAŚ warunek3 TO instrukcja3
JEŻELI ZAŚ warunek4 TO instrukcja4
……
W INNYCH PRZYPADKACH instrukcjaN

Zależnie od języka programowania budowa instrukcji warunkowych może
być nieco inna, mogą też występować odmiany instrukcji. Tworząc
instrukcję warunkową należy uwzględnić wszystkie możliwe przypadki –
zaniedbanie może spowodować błędne działanie programu lub też jego
zawieszenie.

Instrukcje czynne

Inną typową instrukcją warunkową, występującą w wielu językach
programowania, jest instrukcja wyboru (CASE) o ogólnej postaci
logicznej:

WYBIERZ ZALEŻNIE OD WARTOŚCI zmienna
JEŻELI (lista przypadków 1) TO instrukcja1
JEŻELI (lista przypadków 2) TO instrukcja2
JEŻELI (lista przypadków 3) TO instrukcja3
JEŻELI (lista przypadków 4) TO instrukcja4
...
DOMYŚLNIE instrukcjaN

Instrukcje czynne

gdzie  zmienna  jest  identyfikatorem  zmiennej,  zaś  lista  przypadków
zawiera  oczekiwane  wartości,  dla  których  mają  być  wykonane
odpowiednie instrukcje. W instrukcji wyboru występuje często możliwość
określenia wartości domyślnej - instrukcjaN, dla przypadku, gdy wartość
zmiennej  nie  należy  do  żadnej  wymienionej  wyżej  listy  przypadków.
Konkretna  realizacja  instrukcji  wyboru zależy  od  składni  użytego  języka
programowania.

Instrukcja wybory CASE może być realizowana tylko dla zmiennej
całkowitej.

Instrukcje czynne

Instrukcje powtórzeń (pętle) – służą do wielokrotnego wykonania tego
samego bloku instrukcji. Rozróżnia się dwa podstawowe typy instrukcji
powtórzeń:

●

o znanej z góry liczbie powtórzeń:

- realizowane “od dołu”,
- realizowane “od góry”,

●

o nieznanej z góry liczbie powtórzeń:

- z warunkiem “na początku”,
- z warunkiem “na końcu”.

Instrukcje czynne

Ogólna postać logiczna pętli o znanej liczbie powtórzeń wygląda
następująco:

POWTARZAJ OD wartość1 DO wartość2

instrukcje

gdzie wartość1 i wartość2 są liczbami typu całkowitego, a instrukcje
dowolnym zestawem poleceń. Zestaw poleceń musi posiadać wskazanie
początku i końca bloku. Czasami możliwe jest również określenie kroku
przyrostu – licznik pętli nie musi bowiem wzrastać lub maleć zawsze o 1.

Instrukcje czynne

Ogólna postać logiczna pętli o nieznanej liczbie powtórzeń z warunkiem
na początku wygląda następująco (tzw. warunek WHILE w PASCALU):

JEŻELI warunek

= prawda WYKONAJ instrukcje I POWRÓĆ
= fałsz WYJDŹ Z PĘTLI

Należy podkreślić, że w przypadku, gdy warunek jest od razu fałszywy
blok instrukcje nie zostanie wykonany ani razu.

Instrukcje czynne

Ogólna postać logiczna pętli o nieznanej liczbie powtórzeń z
warunkiem na końcu wygląda następująco (tzw. warunek REPEAT-
UNTIL w PASCALU):

WYKONAJ instrukcje I JEŻELI warunek

= prawda WYJDŹ Z PĘTLI
= fałsz POWRÓĆ

W tym przypadku blok instrukcje wykonany zostanie przynajmniej raz.

Instrukcje czynne

Instrukcje wejścia-wyjścia (I-O) – służą do przesyłania danych pomiędzy
różnymi elementami komputera, takimi jak monitor, klawiatura, drukarka
czy  plik.  Dla  informacji  wysyłanych  domyślnym  urządzeniem  jest
monitor,  zaś  dla  informacji  wczytywanych:  klawiatura.  Przesyłane
informacje  składają  się  z  rekordów.  Rekord  jest  to  elementarna  porcja
informacji,  jaka  może  być  przesyłana  pomiędzy  urządzeniami
zewnętrznymi a pamięcią operacyjną. W przypadku monitora i klawiatury
pojedynczy rekord odpowiada wierszowi znaków na ekranie monitora, w
przypadku drukarki wierszowi poleceń.

Instrukcje czynne

Proces wprowadzania i wyprowadzania danych może być ograniczony do
jednej tylko zmiennej, lub może być bardziej rozbudowany – służą do tego
celu  tzw.  listy  wejścia  i  wyjścia.  Lista  zawiera  spis  zmiennych,  którym
mają  być  przypisywane  wprowadzane  wartości  według  ich  kolejności.
Ważne  jest,  aby  wartości  wprowadzane  odpowiadały  zadeklarowanym
typom  zmiennych  i  aby  liczba  wprowadzonych  wartości  była  zgodna  z
liczbą  elementów  listy.  Składnikami  listy  mogą  być  zmienne  proste,
elementy  tablic,  łańcuchy  znakowe  oraz  nazwy  tablic  (oznacza  to
przesłanie wszystkich elementów tej tablicy).

Instrukcje czynne

W przypadku korzystania z plików należy określić rodzaj pliku oraz
wskazać, że to on będzie “odbiorcą” lub “dawcą” informacji.

Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje plików:

- o dostępie sekwencyjnym,
- o dostępie swobodnym.

Instrukcje czynne

Pliki  o  dostępie  sekwencyjnym  oferują  odczyt  elementów  pliku
“od  początku”.  W  takim  przypadku,  aby  odczytać  n-ty  element  pliku,
należy najpierw odczytać wszystkie elementy go poprzedzające. Pliki o
dostępie  sekwencyjnym  są  wygodne  w  przypadku  zapisu  i  odczytu
zmiennych indeksowanych (wektorów lub tablic), w których i tak trzeba
przejść przez wszystkie indeksy. Pliki takie nie nadają się natomiast do
zapisu  i  odczytu  informacji  przetwarzanych  “na  wyrywki”  –  jest  to  co
prawda  możliwe,  ale  dużo  wolniejsze  niż  w  przypadku  korzystania  z
plików o dostępie swobodnym.

Instrukcje czynne

Pliki o dostępie swobodnym składają się z ponumerowanych rekordów,
umożliwiających bezpośredni zapis i odczyt w dowolnym rekordzie (bez
konieczności odczytu rekordów poprzedzających). Są bardzo przydatne do
przetwarzania danych o strukturze baz danych.

Instrukcje bierne

Specyfikacje  segmentów  i  ich  wejść  –  służą  do  wyodrębniania
określonych  bloków  instrukcji  i  poleceń  stanowiących  pewną  logiczną
całość.  Segmentem  może  być  podprogram,  procedura  lub  funkcja.
Segmenty mogą być wywoływane w głównym bloku programu lub też w
innych segmentach (co zależy często od odpowiedniej deklaracji).

Instrukcje bierne

Podprogram  –  samodzielny  fragment  programu,  posiadający  zazwyczaj
budowę  podobną  do  segmentu  głównego:  zawiera  oznaczenie  początku  i
końca,  obszar  deklaracji  typów,  bloki  instrukcji,  itd.  Podprogram  może
być wywoływany w segmencie głównym lub w innych podprogramach. W
całym  programie  może  być  zazwyczaj  tylko  jeden  podprogram  o
określonej nazwie, zaś ilość podprogramów jest nieograniczona.

Instrukcje bierne

Ogólna budowa logiczna podprogramu jest następująca:

POCZĄTEK BLOKU segment
instrukcje
WYWOŁAJ PODPROGRAM nazwa
instrukcje
KONIEC BLOKU segment

PODPROGRAM nazwa
instrukcje
KONIEC PORPROGRAMU nazwa

gdzie segment oznacza główny segment programu lub inny podprogram,
instrukcje – dowolny zestaw poleceń i instrukcji, nazwa – identyfikator
podprogramu.

Instrukcje bierne

Procedura – element podobny do podprogramu, stanowiący jego
rozszerzenie dla języków sterowanych zdarzeniami w systemie. Ogólna
postać logiczna procedury sterowanej zdarzeniem jest następująca:

PROCEDURA nazwa JEŻELI zdarzenie
…
instrukcje
…
KONIEC PROCEDURY nazwa

Instrukcje bierne

gdzie  nazwa  jest  identyfikatorem  procedury,  instrukcje  -  dowolnym
zestawem poleceń i instrukcji, zaś zdarzenie – dowolnym, ale konkretnie
określonym zdarzeniem w systemie. Procedury nie muszą być sterowane
zdarzeniami  -    spełniają  wówczas  rolę  podprogramów  i  mogą  być
wywoływane  z  dowolnego  miejsca  programu  (jeżeli  mają  status
“publiczny”),  lub  też  w  obrębie  bieżącego  modułu  (jeżeli  mają  status
“prywatny”).  W  nagłówku  procedury  może  być  zawarta  lista
przekazywanych zmiennych. Nie jest to zazwyczaj konieczne i zależy od
woli programisty.

Instrukcje bierne

Zdarzenie – dowolne działanie wykonane przez program lub użytkownika
(zdarzeniem może być np. kliknięcie myszką, naciśnięcie klawisza, wybór
elementu menu, najechanie kursorem na element formularza, aktywacja
lub zamknięcie formularza, itd.).

Instrukcje bierne

Funkcja  –  jest  to  również  samodzielny  segment  programu.
W  odróżnieniu  od  podprogramu  lub  procedury,  funkcja  wykonuje
konkretne  działania  na  zdefiniowanych  wcześniej  zmiennych  i  zwraca
wynik.  Funkcja  wymaga  zazwyczaj  przekazania  listy  zmiennych  o
określonych typach. Ogólna postać logiczna funkcji jest następująca:

FUNKCJA nazwa (lista zmiennych)
instrukcje
KONIEC FUNKCJI nazwa

gdzie nazwa jest identyfikatorem funkcji, instrukcje - dowolnym zestawem
poleceń i instrukcji, zaś lista zmiennych – uporządkowanym zbiorem nazw
zmiennych, niezbędnych do obliczenia funkcji. W funkcjach mogą być
wykorzystane zmienne liczbowe, tekstowe, walutowe lub typu data i czas.

Instrukcje bierne

Specyfikacje  cech obiektów – służą do określenia pewnych właściwości
zmiennych, procedur lub funkcji. Zazwyczaj jest to rodzaj definiowanego
obiektu  (zmienna  czy  stała),  rozmiar  zmiennej  indeksowanej,  obszar
obowiązywania  (obiekt  “publiczny”  czy  “lokalny”),  zasady  organizacji
pamięci,  itd.  Zależnie  od  języka  programowania,  jego  możliwości  w
zakresie definicji cech obiektów mogą być bardzo zróżnicowane.

Instrukcje bierne

Specyfikacje formatu danych – służą do określania wyglądu zmiennych
podczas wyprowadzania lub wprowadzania danych.

Procesowi formatowania podlegają najczęściej następujące elementy:

Instrukcje bierne

• całkowita liczba zajmowanych znaków. W przypadku gdy liczba znaków
jest krótsza od zadeklarowanej, pozostałe znaki uzupełniane są spacjami (z
przodu lub na końcu). W przypadku zaś, gdy liczba znaków jest dłuższa,
znaki ostatnie są obcinane lub też zgłaszany jest błąd wejścia-wyjścia.
Spacja, znak wartości liczby (plus-minus) czy separator dziesiętny zajmują
jeden znak.

Instrukcje bierne

●

liczba cyfr po przecinku (dla liczb rzeczywistych). Należy pamiętać, że

zmiana formatu nie wpływa na zapisaną w pamięci komputera, bieżącą
wartość danej ani też na jej dokładność. Przykład formatu zmiennej o
wartości 1234,56789:

Instrukcje bierne

●

znak separatora dziesiętnego (dla liczb rzeczywistych) – przecinek lub

kropka. Znak separatora może być definiowany w języku programowania
lub też może być zmieniany poprzez zastosowanie własnoręcznie
napisanej funkcji.

Instrukcje bierne

●

postać danej (dla liczb rzeczywistych). Dostępne możliwości to postać

prosta lub wykładnicza. W postaci wykładniczej można zazwyczaj
określić całkowitą liczbę znaków oraz ilość cyfr wykładnika. Przykład
formatu zmiennej o wartości 1234,56789 w postaci wykładniczej.

Instrukcje bierne

●

sposób interpretacji znaku wartości liczby. Domyślnie liczby dodatnie

nie posiadają podczas wyświetlania na monitor (lub zapisu do pliku) znaku
“+”, można to jednak zmienić w większości języków programowania.

Instrukcje bierne

●

sposób interpretacji spacji (dotyczy wprowadzania danych). Określa, czy

podczas wprowadzania wartości liczbowych, znak spacji ma być
ignorowany czy też nie.

Instrukcje bierne

●

sposób zapisu czasu i daty. W przypadku czasu określa dokładność

wyświetlania, (godzina, minuta, sekunda), zaś w przypadku daty określa
kolejność składników oraz sposób wyświetlania roku (dwie lub cztery
cyfry).

Instrukcje bierne

Instrukcje  inicjowania  danych  –  służą  do  nadawania  początkowych
wartości  zmiennych.  Nadają  się  szczególnie  do  określania  wartości
wektorów i tablic - jest to zazwyczaj znacznie wygodniejsze i szybsze niż
indywidualne  przypisywanie  wartości  każdemu  elementowi  zmiennej
indeksowanej.

Wyjątki

Wyjątki - są to różne błędy, mogące pojawić się podczas działania
programu. Przykładem może być dzielenie przez zero lub wprowadzenie
nieodpowiedniego typu danej. Program zgłosi wówczas błąd i przestanie
działać (czasem nawet zawiesi komputer). Aby tego uniknąć konieczne
jest zastosowanie odpowiednich środków zaradczych. Można to uzyskać
na kilka sposobów:

●

poprzez stosowanie obsługi wyjątków,

●

poprzez tworzenie własnych procedur wprowadzania danych,

●

poprzez stosowanie tzw. masek wprowadzania.

Wyjątki

Stosowanie obsługi wyjątków. Niektóre języki posiadają specjalne
instrukcje pozwalające na kontrolę i eliminację błędów.

Ogólna struktura logiczna obsługi błędów jest następująca

WYKONAJ

instrukcje

A JEŚLI SIĘ COŚ NIE UDA

instrukcje

KONIEC

Wyjątki

lub

WYKONAJ

instrukcje

A JEŚLI SIĘ COŚ NIE UDA

GDY błąd1 TO instrukcja1
GDY błąd2 TO instrukcja2
GDY błąd3 TO instrukcja3
...

KONIEC

Zależnie od języka programowania i jego implementacji obsługa błędów
może dotyczyć dowolnej instrukcji w programie lub też wybranego zbioru
instrukcji (np. tylko instrukcje wejścia-wyjścia). Pozostałe fragmenty
programu muszą być wówczas zabezpieczane inaczej.

Wyjątki

Tworzenie  własnych  procedur  wprowadzania  danych.  Proces
wprowadzania danych można tak zorganizować, że program nie przyjmie
żadnej  innej  wartości  niż  prawidłowa.  Poprzez  odpowiednie  stosowanie
instrukcji  warunkowych  można  określić  dopuszczalny  typ  danej  oraz
zakres  jej  wartości.  W  każdym  innym  przypadku  program  wyświetli
komunikat  o  błędzie  i  poprosi  o  ponowne  wprowadzenie  danej.  Taki
system nie spowoduje przerwania pracy programu.

Wyjątki

Stosowanie tzw. masek wprowadzania. Maska wprowadzania jest to
pewien wzór, według którego mają być wprowadzane dane.
W takim przypadku nie da się wprowadzić danych o innym wzorze niż
zadeklarowany. Maski wprowadzania występują jedynie w aplikacjach
posiadających formularze.