Некоторые считают программирование искусством. Если так, то в чем оно? Искусный программист умеет (кроме прочего) превращать сложную программу в простую, – он равномерно распределяет сложность между процедурами и функциями. Как научиться этому? Усвойте несколько ключевых истин, но главное здесь – практика. Без «шишек» и «синяков» тут не обойтись. Однако, сколько за одного битого небитых дают?
Следующая задача слегка надумана, – это всего лишь полигон для испытания наших собственных процедур. Условие задачи таково: пусть пользователь введет одну за другой несколько строк, например, три (потребуется цикл со счетчиком, улавливаете?). В каждой введенной строке надо заменить латинские буквы «A» – если они там есть – на латинские буквы «B». Например, приняв строку «ABBA», программа должна превратить её в строку «BBBB».
Мухи – налево, котлеты – направо!
Рис. 43 избавляет вас от необходимости малевать алгоритм будущей программы. Ясно, что программа не так проста, – она включает условный оператор и два цикла, причем один из них вложен в другой. Внешний цикл отвечает за ввод строк, а внутренний – за их обработку. Можно ли упростить это сооружение? Бывалый программист сразу смекнет, как отделить здесь мух от котлет, – внутренний цикл, отмеченный серым цветом, лучше выделить в отдельную процедуру, и тогда программа распадется на два несложных алгоритма (рис. 44). Слева на этом рисунке показан алгоритм главной программы, а справа – алгоритм процедуры, которой я дал имя Scan. Пунктирные линии со стрелками показывают места входа в процедуру и выхода из нее.
Рис.43 – Блок-схема программы с двумя циклами
Рис.44 – Блок-схемы главной программы (слева) и процедуры (справа)
Согласитесь, – каждая из этих блок-схем в отдельности не так уж сложна, значит можно приступить к написанию программы.
Сверху вниз
Легко сказать «приступить», но с чего начать? Настрочить программу целиком и сразу? – вот прекрасный способ запутаться! Нет, профессионалы поступают иначе, следуя одному из двух направлений. Первое из них именуется разработкой «сверху вниз», – проект лепят начиная с главной программы, переходя затем к процедурам. Другое направление противоположно первому и называется разработкой «снизу вверх». Оба направления имеют свои достоинства, поэтому в крупных проектах их иногда используют одновременно. Но сейчас нам лучше подходит первый способ.
Итак, последуем выбранному нами порядку разработки «сверху вниз». Этот подход хорош тем, что на промежуточных этапах получаются почти работающие программы. Почему «почти»? – сейчас поймете. Итак, забудем на время о недостающей процедуре Scan и напишем лишь главную программу, вот она.
{ P_20_1 – первый этап разработки }
var S: string; k: integer;
begin {--- главная программа ---}
for k:=1 to 3 do begin
Write(’Введите строку: ’); Readln(S);
{ Scan(S); }
Writeln(S);
end;
end.
Обратите внимание на закомментированный вызов процедуры Scan(S), – он напоминает о незавершенной части работы. Скелет нашей будущей программы готов, его можно не только скомпилировать, но и запустить, – сделайте это обязательно! Разумеется, программа не выполняет всего задуманного, но уже делает кое-что.
Убедившись в работоспособности скелета, перенесём внимание на процедуру. На этом этапе тоже есть свои хитрости: сначала дадим частичное описание процедуры, создав заголовок и оставив тело пустым. Такую процедуру называют заглушкой или пустышкой. Написав заглушку уберите комментарий с вызова Scan(S), и тогда на скелете нарастет немного «мяса».
{ P_20_1 – второй этап разработки }
var S: string; k: integer;
{--- Заглушка процедуры –--}
procedure Scan(arg : string);
begin
end;
begin {--- главная программа ---}
for k:=1 to 3 do begin
Write(’Введите строку: ’); Readln(S);
Scan(S);
Writeln(S);
end;
end.
Процедура Scan принимает строковый параметр arg (это сокращение от слова argument). Аргумент – так ещё называют параметр процедуры или функции. Теперь снова запустите программу. Если все в порядке, значит вызов процедуры Scan(S), как говорят программисты, видит описание этой процедуры, и его фактический параметр S отвечает формальному параметру процедуры arg.
Переходим к третьему этапу, где можно забыть о главной программе и сосредоточиться на теле процедуры Scan. Напомню, что ей поручено заменить в строке буквы «A» на буквы «B». С этой несложной работой справится цикл, содержащий вложенный в него условный оператор.
for k:=1 to Length(arg) do
if arg[k]=’A’ then arg[k]:=’B’;
Напомню, что arg – это переданная в процедуру строка, а k – счетчик цикла. Вставив этот цикл в тело процедуры Scan, получим готовенькую программу.
{ P_20_1 – третий этап разработки }
var S: string; k: integer ;
procedure Scan(arg : string);
begin
for k:=1 to Length(arg) do
if arg[k]=’A’ then arg[k]:=’B’;
end;
begin {--- главная программа ---}
for k:=1 to 3 do begin
Write(’Введите строку: ’); Readln(S);
Scan(S);
Writeln(S);
end;
end.
Обратите внимание на счетчик циклов k. Он – счетчик – используется нами в двух местах: в главной программе и в процедуре. Налицо экономия памяти, не так ли? Насколько оправдана эта надежда? Скоро узнаем.
Для пишущих на Delphi . Компилятор Delphi не позволит использовать счетчик k так, как сделано в этой программе, – но об этом чуть позже.
Первые раны
Теперь запустите наше творение. Если вам это удалось, значит компилятор не нашел ошибок. Но вот незадача: работает программа неправильно! Во-первых, буква «A» не меняется на букву «B». Ещё печальней то, что перестал работать цикл главной программы. Она, что называется, зациклилась, запрашивая непрестанно все новые и новые строки. А ведь на скелете цикл работал, – мы проверяли!
Впрочем, если ввести строку из трех символов, программа чудесным образом завершится. Это наводит на размышление, – ведь цикл главной программы тоже считает до трех. Не промахнулись ли мы, доверив переменной k «служить двум господам», работая в двух циклах? Ведь внутри процедуры значение счетчика k изменяется, что нарушает работу цикла в главной программе. И лишь когда счетчик случайно станет равен трем, программа завершается.
Как исправить ошибку? Объявить для счетчика внутреннего цикла переменную с другим именем? Да, можно. Но я воспользуюсь этой ошибкой, чтобы показать иной подход и лучше раскрыть механизм процедур и функций.
Глобальные и локальные
Процедуры и функции не зря называют подпрограммами. Так же, как в главной программе, внутри подпрограмм можно объявлять свои собственные константы и переменные, – их называют локальными, то есть местными. А всё, что объявлено за пределами подпрограмм, называют глобальным, или всеобщим. Рассмотрим механизм действия локальных объектов и связанные с этим выгоды, для чего исследуем следующую программу.
const c1 = ’Глобальная’;
procedure Local;
begin
Writeln(c1);
end;
begin {--- главная программа ---}
Local;
Writeln(c1);
Readln;
end.
Очевидно, программа дважды напечатает константу C1, – проверьте меня. Теперь добавим объявление локальной константы с тем же именем C1, поместив его между заголовком процедуры Local и её телом. К совпадающим именам я прибегнул не от бедности фантазии, – мой умысел скоро прояснится.
const c1 = ’Глобальная’;
procedure Local;
const c1 = ’Локальная’;
begin
Writeln(c1);
end;
begin {--- главная программа ---}
Local;
Writeln(c1);
Readln;
end.
Известно, что компилятор не допускает совпадающих имен, но здесь – иное дело. Локальная константа C1 «спряталась» внутри своей процедуры и, как говорят программисты, не видна за её пределами.
Запустив на выполнение этот вариант программы, вы убедитесь, что внутри процедуры будет напечатана локальная константа, а в главной программе – глобальная. Отсюда следуют два правила, имеющих силу для констант, переменных и других объектов, о которых вы со временем узнаете. Правила эти таковы:
• локальные объекты (константы, переменные и прочие) видны лишь внутри тех подпрограмм, в которых они объявлены;
• при совпадении имен локального и глобального объектов, внутри подпрограммы имеет силу локальный объект; при этом глобальный объект скрывается локальным.
С учетом сказанного нашу неработающую программу можно исправить так:
{ P_20_1 – вариант программы с локальной переменной }
var S: string; k: integer ; { глобальная переменная }
procedure Scan(arg : string);
var k: integer ; { локальная переменная }
begin
for k:=1 to Length(arg) do
if arg[k]=’A’ then arg[k]:=’B’;
end;
begin { главная программа }
for k:=1 to 3 do begin
Write(’Введите строку: ’); Readln(S);
Scan(S);
Writeln(S);
end;
end.
Теперь совпадение имен локальной и глобальной переменных k не нарушает работу программы, поскольку это разные переменные. Они могли бы иметь даже разные типы! Убедитесь, что отныне путаницы в циклах нет.
Локально – это разумно!
Локальные объекты – константы, переменные и прочие – отличное средство для разумного распределения данных в пространстве вашей программы.
Во-первых, они облегчают многотрудную жизнь программиста. Если некоторые объекты нужны только внутри процедуры, их следует объявить там же, то есть как локальные. И тогда не придется гадать, повлияют ли они на другие части программы.
Другой выигрыш заключается в экономии памяти. Все переменные занимают оперативную память («оперативку»). Чем больше переменных, тем больше памяти им подавай. Глобальные переменные занимают память в течение всего времени работы программы. А для локальных память выделяется лишь на время работы соответствующей процедуры или функции. Завершилась подпрограмма – освободилась память.
Неподдающаяся строка
Теперь вновь проверим нашу программу. В ответ на запрос строки введите что-нибудь вроде «QAAAW». Если все нормально, программа напечатает «QBBBW» (буква «A» заменяется буквой «B»). Не вышло? Что ж, тогда идем «на поклон» к отладчику, – мы сделаем это в следующей главе.
Итоги
• Программа упрощается, если вынести части алгоритма в отдельные подпрограммы — процедуры и функции.
• Объекты, используемые лишь внутри подпрограмм, следует объявлять там же, – как локальные.
• Локальные объекты (константы, переменные и прочие) видны, то есть доступны, лишь внутри тех подпрограмм, где они объявлены.
• Если имя локального объекта совпадает с глобальным, то внутри подпрограммы действует локальный объект, а глобальный делается «невидимкой».
• Локальные объекты упрощают программирование, придают программам надежность и экономят оперативную память.
А слабо?
А) В 17-й главе нами создан экзаменатор, проверяющий знания таблицы умножения. Переработайте программу P_17_1 так, чтобы оценка выставлялась в процедуре, принимающей один параметр – количество допущенных ошибок.
Б) Создайте процедуру, печатающую все числа, кроме единицы, на которые без остатка делится число N, где N – параметр процедуры. Напишите программу для проверки этой процедуры.
В) Два сотрудника подали своему начальнику заявления на отпуск. Первый попросил отпустить его с A1 по B1 день (дни отсчитываются с начала года), второй – с A2 по B2 день. Считаем, что A1
Г) Подойдя к перекрестку, пешеход решает, переходить ли ему улицу или остановиться. На решение влияет характер пешехода и ещё два фактора: сигнал светофора и близость опасно движущегося транспорта. Напишите программу с процедурой, которая принимает и печатает решение в зависимости от переданных в неё трех параметров, а именно.
• Параметр A = true, если горит зеленый;
• Параметр B = true, если поблизости опасно движется транспорт;
• Параметр C – это число, определяющее характер пешехода так:
1 – послушный и осторожный – учитывает и светофор и опасность;
2 – послушный, но беспечный – смотрит только на светофор;
3 – хитрый вольнодумец – идет только на красный, если это ничем не грозит;
4 – непримиримый вольнодумец – идет только на красный;
5 – экстремал – идет только на красный, и так, чтобы грозила опасность;
6 – «безбашенный» – идет, несмотря ни на что;
7 – запуганный – никогда не идет через дорогу, а ищет подземный переход.