Programmierkurs TURBO-PASCAL Version 7.0: Ein Lehr- und Übungsbuch mit mehr als 220 Programmen

495 Pages·1998·13.999 MB·German

by  Prof. Henning Mittelbach (auth.)

Henning Mittelbach
Programmierkurs
TURBO-PASCAL
Version 7.0
Programmierkurs
TURBO-PASCAL
Version 7.0
Ein Lehr- und Obungsbuch
mit mehr als 220 Programmen
Von Prof. Henning Mittelbach
Fachhochschule MOnchen
2., durchgesehene Auflage
EI3
B.G. Teubner Stuttgart· Leipzig 1998
1m vorliegenden Buch erwahnte Produkt- und Firmennamen wie BORLAND, EPSON,
IBM, MS. DOS, TURBO u. a. sind gesetzlich geschOtzt, ohne daB im einzelnen darauf
hingewiesen wird.
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Mittelbach, Henning:
Programmierkurs TURBO-PASCAL Version 7.0 : ein Lehr-und
Obungsbuch mit mehr als 220 Programmen / von Henning
Mittelbach. - 2., durchges. Aufl. - Stuttgart; Leipzig: Teubner, 1998
ISBN 978-3-519-12986-8 ISBN 978-3-322-87200-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-87200-5
Das Werk einschlie8lich alier seiner Teile ist urheberrechtlich geschOtzt. Jede Verwertung
auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Ver
lages unzuliissig und strafbar. Das gilt besonders fOr Vervielfiiltigungen, Obersetzungen,
Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
© B. G. Teubner Stuttgart 1995
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1995
Vorwort
1m Sommer 1995 ist -nach friiheren Texten zu Pascal -das voniegende, sehr umfangreiche
und damit ziemlich vollstandige Buch zu TURBO Pascal erstmals erschienen. Zwar vvird
TURBO Pascal im Hochschulbereich nach und von professionellen (besser kommerziellen)
Sprachen vvie C und C++ (und anderen, darunter Java) verdrangt, hat sich also keine zehn
Jahre gehalten, aber als Lemsprache in allgemeinbildenden Schulen und mit Anwendungen
im gesamten Hobbybereich vvird sich dieses schone Pascal von Bonand sichenich noch
einige Zeit behaupten konnen. Der Venag hat sich wegen des bisherigen Absatzes daher
entschlossen, einen Nachdruck des Buches herauszubringen.
1m bisherigen Text sind nur wenige Fehler entdeckt v.urden; um die Kosten des Neudrucks
moglichst gering zu harten, sind daher nur flinf Seiten ausgewechselt v.urden, auf denen sich
vvirklich sinnentstellende Fehler befanden: Einige harmlose Tipp- bzw. Rechtschreibfehler
werden Sie also hie und da noch vorfinden, obv.uhl sie durehaus bekannt waren bzw. sind.
Viele Leserzusehriften aus dem deutschen Sprachraum haben gezeigt, daB mein Konzept
zum Enemen einer Sprache gut ankommt, das Buch im Nachdruck also siehenich weiterhin
auf groBes Interesse stoBen vvird. Da von mir Anfang 1997 bei Teubner in gleicher Aus
stattung ein Erganzungsband TURBO PASCAL in Beispielen erschienen ist, eriibrigt sich
jede inhaltliche Oberarbeitung der Texte. Dieses zweite Buch ist auf den .ersten" Band
abgestimmt und praktisch ohne Oberschneidungen. Die weiterhin beim Autor erhaltlichen
Disketten (siehe dazu den Hinweis am Ende des Kap. Betriebssystem, S. 486) decken nun
mehr den Inhalt der beiden Bande exakt ab, die zusammen einen auBerst umfangreichen
Programmierkurs bilden:
In Turbo Pascal sollten damit keine Fragen mehr offen bleiben. Die Vielfalt der angebotenen
Algorithmen und Routinen aus den verschiedensten Anwendungsbereichen weist aber
deutlich uber die Sprache Pascal hinaus und ist beim eventuellen spateren Umsteigen auf
eine andere Sprache von groBem Vorteil, da man schon gelemt hat, in grundlegenden
Algorithmen zu denken. Gevvisse Schvvierigkeiten kann es (nach eigenen Erfahrungen) beim
objektorientierten Ansatz geben. Wenn Sie vorhaben, spater auf C++ umzusteigen, sollten
Sie die einschlagigen OOP-Kapitel von Turbo Pascal eher nicht dureharbeiten, sondem sich
gleich mit C++ ins objektorientierte Abenteuer stUrzen ... Der klassische Ansatz von Pascal
hingegen ist leicht nach C zu transferieren, also keine uberflussige Muhe gewesen: Immerhin
erzieht Pascal zu klarem Programmierstil mit sauberen Strukturen, was man von C und
seinen Derivaten nicht unbedingt behaupten kann ...
Fur (spalere) Umsteiger(innen) auf C I C++ sei milgeteilt, daB Sie ein im Konzept sehr
ahnliches Bueh erwerben konnen, das Ende 1997 unter dem Tilel Programmieren in C ++
ebenfalls bei Teubner erschienen ist und derselben Lempsyehologie .Ieaming by doing"
huldigt: Enemen einer Programmiersprache anhand vieler praktischer Beispiele: weniger
syslemalisch, daflir mehr exemplarisch. Das macht mehr SpaB, weil es von Anfang an stets
einigermaBen sinnvolle Programme gibt, mit denen man etwas anfangen kann.
Unverandert gilt: Der vortiegende Band ist als Begleitmaterial zu Lehrveranstaltungen in
Turbo Pascal, aber auch zum Selbststudium konzipiert. Er beginnt daher .ganz am Anfang",
setzt also keinertei Vorkenntnisse voraus, und gibt notfalls auch eine kleine EinfUhrung in die
PC-Ideologie mit einem Kapitel zum Betriebssystem DOS, das jedenfalls noch im Hinter
grund der meisten Windows-Versionen steht. Ob Sie Ihr Turbo Pascal unter DOS oder unter
einer Windows-Version lauten lassen, ist fur die allermeisten Programme ohne Bedeutung:
Einige Ausnahmen (ge\l\lisse Systemzugriffe, TSR-Philosophie) sind lediglich in den Kapiteln
15 und 16 zu beachten, die vor Jahren unter DOS zusammengestellt \/\.orden sind. Bei den
Grafikprogrammen kann es unter Windows gelegentlich zu Problemen kommen; starten Sie
dann die IDE aus DOS heraus ...
Aile Programme wurden mit der .Ietzten" Version Turbo 7.0 ent\l\lickelt und mit Turbo 6.0
getestet. In ganz wenig en Fallen kommen auch Routinen vor, die unter 6.0 noch nicht
lauten, also umgeschrieben werden muBten. -Und nun viel SpaB mit Turbo Pascal ...
Munchen und Friedberg (Bayem), im Herbst 1998 Henning Mittelbach
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Einleitung 7
Quell- und Objektcode, Programmiersprachen, Sprachversionen,
Rechner und Zahlensysteme, die Ganzzahltypen in TURBO
2 Programme in TURBO Pascal 21
Reservierte Worter, Standardbezeichner, Ein- und Ausgabe,
Wertzuweisungen, Die Sprachumgebung IDE von TURBO
3 Funktionen und Logik 33
Ganzzahlrechnungen, Standardfunktionen, der ASCII-Code,
BOOLEsche Ausdriicke, Wahrheitstafeln, Operatorenhierarchie
4 Kontrollstrukturen 45
Schleifen und Maschen, Wiederholungsanweisungen, Selektion mit IF,
der CASE-Schalter, Menusteuerung, Syntaxdiagramme
5 Programmentwicklung 61
Problemanalyse und Algorithmus, Fehler, Flu~diagramme, Struktogramme,
modulares und strukturiertes Programmieren, der TURBO Debugger
6 Mengen, Felder und Strings 75
Mengen, Mengenoperationen, Arrays, Sortieren in Feldern,
Primzahlen, Tone am PC, Stringprozeduren
7 Der Zufall in Pascal 95
Zufallszahlen, Wurfeln und andere Simulationen von Zufallsereignissen,
Monte-Carlo-Methoden, Geheimtexte, Normalverteilung
8 Fenster, auch im Editor 107
Window u.a. Prozeduren der Unit Crt, der TURBO Editor,
der Bildschirmspeicher, Pull-down-Menus
9 Struktur mit TYPE und RECORD 119
Typen und Typenvereinbarungen, einfache und strukturierte Typen,
Bereichsuberprufung, variante Records
10 Externe Dateien 131
Files und Dateien, Zugriffe auf die Peripherie, Binarsuche,
Filekopierer, Directory, Viren, Dateitypen
11 Unterprogramme 149
Globale und lokale Variable, Wert- und Referenzparameter,
Funktionen, Scancodes, ein 8-Bit-Rechner, prozedurale Typen
12 Bibliotheken und Units 169
Include-Files, Programmbiblotheken, System units, eigene Units,
die Fenstertechnik des TURBO Editors, Programmparameter
6 Inhalt
13 Rekursionen 181
Rekursive Prozeduren, Rekursion und Iteration, Permutationen,
das Dame-Problem, die TOrme von Hanoi, Backtracking
14 Programme 199
Druckertreiber, Minitext, Kalender, Lister, Inhaltsverzeichnisse,
Primzahlen und Public-Key-Verfahren, Editoren, die Maus
15 DOS und Systemprogrammierung 235
DOS-Routinen und Interrupts, verdeckte Files, PaBworter, Hexdump,
Kopierschutz, Programme, die sich selbst verandern ...
16 OP-Code als Inline-Code 265
Debugger und Maschinensprache, Inline-Code in Pascal, Assembler,
Sektorenlesen, Slowdown, (residente) TSR-Programme
17 Grafik unter TURBO 289
Die Unit Graph, Farbsteuerung, Speichern und Laden von Bildern,
die Grafikmaus, rekursive Grafiken, das Apfelmannchen, viele Farben
18 Algorithmen 325
Warteschlangen, Baliiste, Verfolgungskurven, Mondlandung,
Drehungen im Raum, Stereobilder, Manipulation von Farben in Grafik
19 Verkettung und Zeiger 355
Heap und Stack, Dynamische Adressierung, Verketten, auch mehrfach,
Ortsnetze (Graphen), Binarbaume, Musik am PC
20 Schwach besetzte Felder 385
Rechenblatter, Terminkalender, Kalenderalgorithmen
21 Zeigerverwaltung 397
Ein komplettes Verwaltungsprogramm mit Pointervariablen
22 Dateien und Baume 413
Sortieralgorithmen in Feldern und auf der Peripherie, mittelgroBe
und groBe Dateien, Indexdateien, B-Baume, Datenschutz
23 OOP und TURBO VISION 443
Klassen und Objekte, Kapselung, Vererbung, Polymorph ie,
typfreie Schnittstelien, Oberteitung zu TURBO VISION
24 DOS Betriebssystem 467
Eine EinfOhrung in MS.DOS fOr Anfanger
Hinweise zu den beiden Disketten zum Buch
25 Literatur 487
26 Stichwortverzeichnis 489
1 EINLEITUNG
In diesem Kapitel findet der Anfanger allgemeine Hintergrundinformationen zum
Umfeld von Programmiersprachen und Rechnern ...
Die Steuerung von Computern erfolgt teils uber Kommandos von der Betriebssystem
ebene aus, teils uber sog. Programme: Das sind letztlich Foigen von Bitmustern, die von
der CPU (Central Processor Unit) des Rechners direkt verstanden und nacheinander
(sequentiell) abgearbeitet werden. Solche prozessorabhangigen Maschinenprogramme
(object code) konnen zwar auch seiber entwickelt werden, doch ist das relativ schwierig
und damit recht fehlertrachtig. Kleine Beispiele finden Sie in Kap. 16 dieses Buches ...
Heutzutage bedient man sich meist sog. hoherer Programmiersprachen, die auf ganz
verschiedenen Rechnern einsetzbar, kompatibel sind. Die weit verbreiteten Personal
computer (PC) *) gehoren meist zur Familie der DOS-Rechner und benutzen haupt
sachlich Prozessoren der Baureihen 8086, 80286, 80386 ... Die im Laufe dieses Kurses
vorkommenden Programme, die wir in der sog. TURBO Sprachumgebung IDE
(Integrated Development Envirement) entwickeln werden, laufen auf diesen PCs ohne
Probleme. Fur absolute Neulinge im Umgang mit PCs ist zu Ende des Buches noch ein
Kapitel angefUgt, das den ersten Umgang mit dieser Rechnerfamilie erleichtert und jene
Begriffe (z.B. Betriebssystem DOS) erklart, die wir standig verwenden werden.
Eine hOhere Programmiersprache wie BASIC oder Pascal ist eine ganz speziell
entwickelte Kunstsprache, nach Wortwahl und Anzahl der Worter ein sehr kleiner Aus
schnitt aus einer lebenden Sprache (meist Englisch), und zwar mit praziser Eingrenzung
der Semantik (etwa: Bedeutungsinhalt), und im Blick auf maschinelle Bearbeitung sehr
strenger Syntax (Grammatik). Die Worter werden mit dem anglo-amerikanischen
Alphabet (also ohne Umlaute etc.) gebildet; hinzu kommen die Ziffern zum Aufbau der
Zahlen, femer noch allerhand Sonderzeichen, mit denen z.B. Steuersequenzen gesendet
werden konnen. Die lauffahigen Bausteine solcher Sprachen heiBen Anweisungen
(statements); jede zulassige Anweisung bewirkt eine genau definierte Reaktionsfolge des
Computers. "Zulassig" ist eine Anweisung dann, wenn sie aus den vorab definierten
Elementen der Sprache syntaktisch regelgerecht aufgebaut ist. Man muB also sowohl
diese Syntax lernen als auch die Bedeutung der Sprachelemente kennen, urn die ge
wunschte Wirkung sicher zu erzielen.
Wissenschafistheoretisch: Eine Programmiersprache ist ein abgeschlossenes System
mnemotechnisch (zum Erinnern) gunstig formulierter Anweisungen zur Steuerung eines
Automaten. - "Abgeschlossen" bedeutet, daB jede sinnvolle Verknupfung von An
weisungen nach den geltenden Regeln zu neuen Anweisungen und damit wiederum zu
einer spezifischen Aktion des Automaten fUhrt. Eine endliche (!) Menge zulassiger
Anweisungen zu einem bestimmten Zweck heiBt Programm, Abbild eines Algorithmus
zur Losung eines Problems. Programmieren in diesem allgemeinen Sinn ist eine we it
gefacherte Tatigkeit: Man muB das Problem analysieren, sich einen Losungsweg aus
den ken und sachgerecht formulieren sowie zuletzt den Algorithmus in einer passenden
Sprache codieren, ehe man einen Rechner hinzuzieht. Kein Wunder also, daB die
mittlerweile ausgefeilte Rechnertechnik und die Vielfalt differenzierter Probleme, die mit
Rechnern untersucht werden konnen, viele dieser Einzelschritte Spezialisten zuweisen.
"Programmieren" steht daher in engerem Wortsinn nur noch fUr einen einzigen der
Arbeitsschritte, namlich das Codieren des Algorithmus zum Quellprogramm.
*) AT steht bei IBM fUr Advanced Technology, XT fOr Small Technology der alteren PCs;
die Prozessoren der Baureihe 8086 ff ... stammen von INTEL, CYRIX, AMD u.a.
H. Mittelbach, Programmierkurs TURBO-PASCAL Version 7.0
© B. G. Teubner Stuttgart 1995
8 Einleitung
Diese Arbeit leistet ein bei Bedarf verfugbares Programm des jeweiligen Sprach
systems, das zusatzlich zum Betriebssystem des Rechners geladen werden muB. 1m
Faile von TURBO Pascal handelt es sich um die o.g. sehr aufwendige Sprachumgebung
IDE, ein Werkzeug, das neben diesem Obersetzer eine Reihe weiterer Komponenten
aufweist, vor allem einen Editor zum Erstellen und Bearbeiten der Quelltexte in TURBO
Pascal, ferner einen Debugger zur Fehlersuche und noch andere praktische Features.
Der Benutzer eines PCs ist, wenn er nicht nur kaufliche Software einsetzt, oftmals in
allen Rollen tatig. 1m Laufe dieses Kurses werden wir daher in vielen Fallen zuerst etwas
Problemanalyse betreiben mussen, ehe wir ein Programm selbst schreiben und aus
testen. Damit der Rechner das in einer Hochsprache geschriebene Quellprogramm
(source code) abarbeiten kann, muB es erst in ein Bitmuster "ubersetzt", d.h. in ein
maschinenorientiertes Objektprogramm verwandelt werden.
Zwei grundsatzlich verschiedene Typen solcher Obersetzer existieren: Wird das Quell
programm unter Laufzeit (Runtime) Zeile fUr Zeile ubersetzt und sogleich zeilenweise
abgearbeitet, so spricht man von einem Interpreter. Charakteristisch ist fUr diesen Fall,
daB auch ein Programm mit fehlerhaften Anweisungen gestartet werden kann, weil
solche erst unter Laufzeit erkannt werden. Interpretierte Programme sind relativ lang
sam, da bei jeder AusfUhrung neuertich ubersetzt werden muB. Ein Compiler hingegen
generiert vorab den vollstandigen Maschinencode und speichert ihn auf Wunsch auch
dauerhaft ab; nur bei erfolgreicher Obersetzung steht (auch ohne Quelle) ein syntaktisch
fehlerfreier Objektcode zur Verfugung, der dann wiederholt sehr schnell abgearbeitet
werden kann. DaB jenes Programm dann "Iauft", spricht noch lange nicht fUr seine
"Richtigkeit", denn semantische oder logische Fehler, letztlich Fehler im Algorithmus,
werden auch von Compilern nicht oder nur selten erkannt. Kann z.B. bei einem
Quotienten der Nenner Null werden, so muB dies der Programmierer durch eine Abfrage
im Programm vorab berlicksichtigen ...
Hohere Programmiersprachen waren zumindest anfangs fast immer problemorientiert,
d.h. fUr einen ganz gewissen Zweck konzipiert. Das zeigt oft schon der Name:
ALGOL: ALGOrithmic Language,
BASIC: Beginners All purpose Symbolic Instruction Code,
COBOL: COmmon Business Oriented Language,
FORTRAN: FORmula TRANslator u.a.
ALGOL und FORTRAN sind mathematisch-naturwissenschaftlich, COBOL ist kauf
mannisch ausgerichtet. Baustatiker haben ihre eigene(n) Programmiersprache(n) mit
sehr speziellem Anweisungsvorrat und einer passenden Sprachstruktur. BASIC ist meist
in ein interpretierendes Sprachsystem eingebunden (es gibt aber auch BASIC-Compiler),
die ubrigen werden stets compiliert. Allen gerade aufgefuhrten Sprachen ist gemeinsam,
daB das zu losende Problem streng algorithmisiert werden muB, der Losungsweg also
sehr detailliert prozedural zu beschreiben ist. Man nennt sie daher zusammenfassend
prozedura/e Sprachen. Auch Pascal gehOrt zu dieser Gruppe.
Hingegen ist z.B. PROLOG (PROgramming in LOGics) eine sog. deklarative Sprache
(der fUnften Generation): Ein Programm beschreibt die Aufgabe (z.B. das bekannte
Problem des Handelsreisenden) sinnfallig; der Rechner sucht dann eine Losungs
strategie. PROLOG gehOrt zur groBen Gruppe der symbolischen Sprachen, in der es
neben den deklarativen auch noch applikative und logische gibt. Die Programmier
technik ist hier gegenuber Pascal meist deutlich anders. Immer mehr an Bedeutung
gewinnen sog. objektorientierte Sprachen; zu Ende dieses Kurses kommen wir auf
diesen Gesichtspunkt (und zwar sogar bei Pascal) zuruck.
Einleitung 9
Die Sprache Pascal ist nach dem franzosischen Philosophen und Mathematiker Blaise
Pascal (1623 - 1662) benannt, der schon urn 1642 eine funktionsfahige Rechenmaschine
entworfen hat. *) Pascal wurde urn 1971 an der ETH ZOrich von Niklaus Wirth vor
gestellt und von ihm als Sprache konzipiert, die "klar und natorlich definiert ist und das
Erlernen des Programmierens als einer systematischen Disziplin im Sinne des
Strukturierens unterstotzen 5011 ... " Wirth hat seinerzeit wohl kaum ahnen konnen,
welchen Siegeszug sein Entwurf einer "didaktischen Lernsprache" antreten wOrde:
Mittlerweile sind we It we it Millionen von solchen Sprachsystemen installiert, nicht zuletzt
deswegen, weil sich Pascal auch auf kleineren Rechnern mit relativ wenig Speicherplatz
schon vor Jahren (s.u. APPLE Pascal) vorteilhaft implementieren lie~ und au~erdem
eine Kunstsprache ist, die die Vorteile vieler bis dahin bekannter Sprachen verbindet und
dabei gleichzeitig eine Reihe spOrbarer Nachteile vermeidet:
Pascal ist kaum schwerer erlernbar als die Antangersprache BASIC, weist aber weit
bessere Strukturierungsmerkmale auf und hat nicht die sehr fehlertrachtige Syntax, die
beim Betrachten eines FORTRAN-Programms sofort auffallt. Sehen Sie sich dazu die
dargestellten Listings (Quellprogramme) zu ein und derselben Aufgabenstellung auf der
nachfolgenden Seite an:
Das erste Beispiel eines BASIC-Programms verrat auch dem weniger Kundigen, worum
es geht: Es liest sechs Zahlen ein, bildet deren Summe und gibt das Ergebnis aus. Die
restlichen Listings leisten in etwa dasselbe, lassen das aber im Faile ALGOL, Version
1960 (eine deutsche Entwicklung) bzw. FORTRAN IV (zeitlich frOher, ab 1954 von IBM)
keineswegs so einfach erkennen, auch wenn z.B. die sog. FOR-Schleife wenigstens in
drei Listings in vergleichbarer Weise auftritt. Pascal ahnelt in den Formulierungen
BASIC, ist jedoch besser strukturiert, was wir freilich jetzt noch nicht erkennen konnen.
Obrigens: Die Gro~- bzw. Kleinschreibung der Anweisungen in Pascal ist fOr den
Rechner ohne Bedeutung; sie hat nur didaktische GrOnde, wie noch erlautert wird.
Die Obersetzung eines Pascal-Quelltextes erfolgt stets per Compiler. Enthalt der Quell
text irgendwelche Syntaxfehler, also Versti:i~e gegen die Regeln der Sprache, oder sehr
einfache logische Fehler (z.B. Nichtabschlu~ von Schleifen und ahnliches), so ist kein
Maschinencode generierbar. 1st die Obersetzung erfolgreich, so liegt ein Objektcode vor,
der auch ohne Quelltext lauffahig ist. Kommerzielle Software wird meistens so geliefert.
Die Sprachumgebung IDE von TURBO besteht nicht nur aus einem solchen Compiler,
sondern zusatzlich aus etlichen weiteren (und notzlichen) Komponenten, von denen der
Anfanger zunachst nur den Editor zur Quelltextbearbeitung benotigt. HierfOr konnte man
sogar einen anderen (externen) Editor benutzen und den Compiler in der vollig
"abgemagertell" Form TPC.EXE einsetzen (was dann zwingend ist, wenn die Quellen
sehr umfangreich werden und der Arbeitsspeicher an seine Grenzen sti:i~t). Auf den Um
gang mit der TURBO Sprachumgebung werden wir im nachsten Kapitel und fallweise
auch spater nur soweit eingehen, wie es fOr den Anfanger unbedingt erforderlich ist. Die
insgesamt sehr umfangreichen und komfortablen Arbeitsmoglichkeiten kann man dann
nach und nach den Manualen [1] ... [4] von BORLAND entnehmen. Unser Kurs ist auch
dazu da, eben diese Manuale im Laufe der Zeit zu verstehen und mit Gewinn zu lesen.
Von Wirths Pascal ausgehend, wurde zunachst Standard-Pascal entwickelt, das seit
Mitte der siebziger Jahre auf Gro~rechenanlagen im Einsatz ist. Der Anweisungsvorrat
ist wegen der Kompatibilitat im sog. ANSI-Standard genormt. Die jeweils imple
mentierten Compiler erstellen direkt ein Maschinenprogramm.
*) Urn 1623 baute Wilhelm Schickard (1592 - 1635) eine Rechenuhr, urn 1673 Gottfried
Wilhelm Leibniz (1646 - 1716) eine Maschine mit Staffelwalze, die sogar multiplizierte.