Turbo Pascal 5.0 für Naturwissenschaftler und Ingenieure

247 Pages·1989·6.239 MB·German

by  Ekbert Hering, Joachim Rasch (auth.)

Programmieren von Mikrocomputem Band 39
Ekbert Hering
Joachim Rasch
Turbo Pascal 5.0
fur N aturwissenschaftler und Ingenieure
Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig / Wiesbaden
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Hering, Ekbert:
Turbo Pascal 5.0 flir Naturwissenschaftler und
Ingenieure/Ekbert Hering; Joachim Rasch.
Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1989
(Programmieren von Mikrocomputern; Bd. 39)
ISBN 978-3-528-04624-8 ISBN 978-3-322-89429-8 (eBook)
DOl 10.1007/978-3-322-89429-8
NE: Rasch, Joachim:; GT
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© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1989
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VervielfaItigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung
und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
ISBN 978-3-528-04624-8
Ekbert Hering
Joachim Rasch
Turbo Pascal 5.0
flir Naturwissenschaftler
und Ingenieure
Programmieren von Mikrocomputern
Die Bande dieser Reihe geben den Benutzern von Mikrocomputern tiber die Betriebs
anleitung hinaus zusatzliche Anwendungshilfen. Der Leser findet wertvolle Informa
tionen und Hinweise mit Beispieien zur optimalen Ausnutzung seines Gerates, besonders
auch im Hinblick auf die Entwicklung eigener Programme.
Einfiihmng in die Anwendung des F ortgeschrittene Programrniertechniken
Betriebssystems MS-DOS in Turbo Pascal
von W. Schneider von E. Hering und K. Scheurer
Programmieren mit UNIX Turbo Pascal 5.0
von G. Martin und M. Trostmann fiir Naturwissenschaftler und Ingenieure
von E. Hering und J. Rasch
Assemblerprogrammiemng mit
dem M68000 Effektiv Programmieren mit
von K. Kief Turbo Pascal 5.0
von S. Alexakis und Ch. Emmanuilidis
Mikrocomputer-COBOL
von W. Kahler
Programmieren mit FORTH
Strilkturiertes Programmieren in BASIC von C. K. McCabe
von W. Schneider
Programmieren mit Turbo Basic
Programmierprinzipien in BASIC
von M. Bohmer
und Pascal
von D. Herrmann Sprachverarbeitung mit LISP und
Prolog auf dem PC
Einfiihmng in Pascal
von J. Handke
von W. Schneider
LOGO? LOGO! Turbo Prolog
von K. Hausmann - Einfiihmng in die Anwendung
von K. Justen
Rechenstrukturen und Geometrie
mit LOGO
Probleme und LOsungen mit
von G. Moll
Turbo Prolog
Logo-Programmierkurs fUr von D. Herrmann
Commodore 64 Logo und Terrapin Logo
Tabellenkalkulation in C
(Apple II)
von B. Eichinger-Wieschmann
von B. Schuppar
Turbo Pascal unter MS-DOS Programmieren mit Turbo C
von G. Harbeck von V. MUller
v
Vorwort
Turbo Pascal gehOrt stftrker denn je zu den ftuBerst erfolgreich ein
gesetzten Programmiersprachen. Mit der nun vorliegenden Version 5
wurden fur den Anwender weitere Verbesserungen geschaffen. Hierbei
ist vor aHem der Einsatz eines Debuggers in der QueHsprache Turbo
Pascal zu nennen.
Inzwischen sind viele EinfUhrungen in Turbo Pascal der Version 3 und
der Version 4 auf dem Markt. Dieses Buch beschreibt nicht nur die neue
Version 5, sondern ist im Gegensatz zu den meisten EinfUhrungswerken
ein kompaktes Kompendium mit Programmierbeispielen aus Naturwis
sense haft und Technik. Es solI vor allem das Denken in Daten- und Pro
grammstrukturen schulen. Mit dieser Zielsetzung wendet sich dieses Werk
vor allem an Schuler, Studenten und aIle, die in Turbo Pascal program
mieren lernen mOchten. Aber auch fUr Lehrer, Dozenten und Professoren
bietet dieses Buch einen klaren Leitfaden fUr die Ausbildung.
Es war fur uns ganz wichtig, die Version 5 im Vergleich zu den fruheren
Versionen 4 und 3 darzustellen. Dies geschieht an geeigneter Stelle im
Text. Einen zusammenhangenden Vergleich findet der Leser im
Abschnitt A 6 des Anhangs. Dort wird auch gezeigt, wie Programme der
Version 3 in die Versionen 5 und 4 umgewandelt werden kOnnen und
wie Programme der Version 4 in der Version 5 laufffthig gemacht werden
k()nnen.
Nach einer allgemeinen EinfUhrung in Daten- und Programmstrukturen,
der Grundzuge der systematischen Programmentwicklung, der ErHiute
rung des Umgangs mit Turbo Pascal 5 und des prinzipiellen Programm
aufbaus in Turbo Pascal, werden nacheinander die einzelnen Programm
strukturen besprochen, anhand eines Syntaxdiagrammes die Beschreibung
in Turbo Pascal gezeigt und an einem Beispiel aus der Naturwissenschaft
mit zugehOrigem Struktogramm und Programmausdruck erkHirt. Am Ende
der einzelnen Abschnitte stehen Ubungsaufgaben, die zum selbstlindigen
Arbeiten anleiten sollen. Die fertige ProgrammlOsung befindet sich im
Anhang (s. Abschn. A 5). Ebenfalls im Anhang wurde eine alphabetische
Kurzbeschreibung aller Befehle in Turbo Pascal der Version 3, der Ver
sion 4 und der Version 5 zusammengestellt, um eine gesamte Ubersicht
uber den Befehlsvorrat zu erhalten und schnell und gezielt nachschlagen
zu kOnnen. Am SchluB des Anhangs (A 6) werden die Unterschiede zwi
schen den Versionen vergleichend gegenubergestellt und das Vorgehen
geschildert, wie Programme in andere, hOhere Versionen umgewandelt
werden kOnnen.
VI Vorwort
Alle Programme sind fur die Version 3 (Zusatz .3TP), fUr die Version 4
(Zusatz .4TP) und fur die Version 5 (Zusatz .PAS) auf einer Diskette
zusammengestellt und sofort laufflthig.
Das Buch ist in folgende Abschnitte gegliedert:
1m ersten Kapitel erfolgt eine EinfUhrung in Daten- und Programm
strukturen sowie grundslttzliche Anmerkungen zur systematischen Pro
grammentwicklung. Am SchluB des Kapitels wird gezeigt, wie man Turbo
Pascal (Version 5) installiert, wie die integrierte Entwicklungsumgebung
aufgebaut ist, wie sie benutzt werden kann und ferner das systematische
Vorgehen beim Programmieren in Turbo Pascal. Vor allem fUr die
naturwissenschaftlich orientierten Leser wurde gezeigt, welche Ahnlich
keiten die Organisation einer industriellen Fertigung und das Erstellen
eines Programmes in Turbo Pascal aufweisen.
Das zweite Kapitel erlltutert, ausgehend von den logischen Ablaufstruk
turen Folge, Auswahl und Wiederholung, die entsprechenden Befehls
strukturen in einem Syntaxdiagramm und verdeutlicht sie anhand eines
Beispiels durch ein Struktogramm und das zugehl}rige Programm.
Ein wichtiges Element der effizienten modularen Programmierung ist die
Unterprogrammtechnik. An Beispielen wird im dritten Kapitel ihr Einsatz
mit den heiden Programmelementen PROCEDURE und FUNCTION
erlltutert.
1m vierten Kapitel wird der Umgang mit Datentypen und Datenstrukturen
am Beispiel der Erstellung einer sequentiellen und einer Direktzugri//
Datei geschult.
Das /un/te Kapitel enthlilt Anwendungsprogramme aus der Naturwissen
schaft und Technik, speziell aus der Chemie, der Mathematik, der Physik
und der Statistik. Diese Programme sind nicht nur nutzlich, um das
Ll}sen komplexer Aufgabenstellungen zu studieren, sondern sie kl}nnen
auch sofort zur Problemll}sung eingesetzt werden.
Vorwort VII
1m Anhang sind folgende Zusammenstellungen enthalten: Der Anhang A
I enth!ilt die Operatoren und Funktionen. Eine alphabetisch geordnete
kurze Beschreibung des gesamten Befehlsvorrats von Turbo Pascal der
Versionen 3, 4 und 5 im Anhang A 2 dient zur schnellen und sicheren
Orientierung. 1m Anhang A 3 sind die Fehlermeldungen zusammen
gestellt. Das Arbeiten mit dem Debugger und der Break/watch-Funktion
wird ausfUhrlich im Abschnitt A 4 vorgestellt. Die Losungen der Ubungs
aufgaben befinden sich im Anhang A 5. 1m Anhang A 6 sind die Unter
schiede zwischen den Versionen 3, 4 und 5 zusammengestellt und es wird
gezeigt, wie die Programme in die Mheren Versionen von Turbo Pascal
umgewandelt werden kOnnen.
Zu danken haben wir dem bew~hrten Lektoratsteam vom Vieweg-Verlag,
insbesondere Herrn Dr. Klockenbusch fur seine vorzugliche Lektorierung
des Inhalts. Den Studenten der Fachhochschule Aalen in den Fachberei
chen Augenoptik, Chemie und Oberfl~chentechnik mOchten wir fur ihre
Mithilfe an der Gestaltung des Buches danken; an dieser Stelle insbeson
dere Herrn Stephan Kohler, der das Programm fUr die multilineare
Regression entwickelt hat. Gewidmet sei das Buch allen Schulern und
Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften, natiirlich ganz beson
ders clenen der Fachhochschule Aalen, die strukturiert und effizient pro
grammieren lernen mOchten, um ihre Probleme mit Rechnerunterstiitzung
schnell und fehlerfrei IOsen zu kOnnen. Eine besondere Wid mung erlau
ben wir uns dem jungen Nachwuchstalent und Sohn einer der Autoren,
Stefan Hering, der uns durch mancherlei Einw~nde unsere Gedanken
einesteils klarer empfinden und andererseits jugendlicher formulieren
lieB.
Ekbert Hering und Joachim Rasch
Heubach, Geislingen Dezember 1988
VIII
InhaItsverzeichnis
1 Einfiihrung ............................................ 1
1.1 Turbo Pascal als Programmiersprache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Datenstrukturen....................................... 2
1.3 Programmstrukturen.................................... 6
1.4 Systematische Programmentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 Arbeiten mit Turbo Pascal .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
1.5.1 Das Programmpaket Turbo Pascal 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5.2 Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12
1.5.2.1 Installation auf einem Festplatten-Rechner . . . . . . . . . . 13
1.5.2.2 Installation auf einem Rechner ohne Festplatte ....... 18
1.5.3 Integrierte Entwicklungsumgebung (Benutzeroberflache) . . . . . .. 19
1.5.3.1 Starten des Programms ....................... 20
1.5.3.2 Schema der integrierten Entwicklungsumgebung . . . . . .. 20
1.5.3.3 Moglichkeiten der integrierten Entwicklungsumgebung .. 23
1.6 Programmieren in Turbo Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25
1.6.1 Vergleich eines Programmaufbaus mit der industriellen
Fertigung ................ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
1.6.2 Prinzipieller Programmaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
1.6.3 Aufbau eines UNITs (Programmbausteins) . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
1.6.4 Programmieraufgabe............................... 32
1.6.5 Erstellen des Programms ............................ 33
1.6.5.1 Aufrufen des Editors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
1.6.5.2 Editier-Befehle............................. 34
1.6.5.3 Speichern unter einem Programmnamen . . . . . . . . . . .. 37
1.6.5.4 Kompilieren .............................. 37
1.6.5.5 Informationen (Options) .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39
1.6.5.6 Speichern des Programms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43
1.6.5.7 Verlassen von Turbo Pascal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43
1.6.5.8 Laden des Programms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43
1.6.5.9 Speichern auf Diskette als .EXE·Datei ............. 44
2 Programmstrukturen und Programmierbeispiele ................ 45
2.1 Folgestrukturen (Sequenzen) .............................. 53
2.1.1 Bestimmung des Mittelwertes zweier Zahlen ............... 54
2.1.1.1 Struktogramm............................. 54
2.1.1.2 Programm (MITTELWE.PAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54
2.1.2 Obungsaufgabe: WURF1.PAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54
2.2 Auswahlstrukturen (Selektion) ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. S6
2.2.1 Auswahl aus zwei Moglichkeiten (IF .. THEN .. ELSE) .. . . . . . . .. S6
2.2.1.1 Endgeschwindigkeit eines Elektrons nach Durchlaufen
einer Spannung (relativistisch - nicht relativistisch) .... 57
Inhaltsverzeichnis IX
2.2.1.1.1 Struktogramm .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58
2.2.1.1.2 Programm (ELEKTRON.PAS) . . . . . . . . . . .. 59
2.2.1.2 Logische Verkntipfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60
2.2.1.2.1 Vergleich dreier Zahlen ................ 61
2.2.1.2.1.1 Struktogramm . . . . . . . . . . . . .. 62
2.2.1.2.1.2 Programm (LOGIK.PAS) . . . . . .. 63
2.2.1.2 Obungsaufgabe: WURF2.PAS . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64
2.2.2 Auswahl aus mehreren Moglichkeiten (CASE .. OF .. END) . . . . . .. 64
2.2.2.1 Wahlweise Berechnungen am senkrechten Kreiszylinder .. 65
2.2.2.1.1 LABEL (Kennung) ................. " 65
2.2.2.1.2 Struktogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66
2.2.2.1.3 Programm (KREISZYL.PAS) ............ 67
2.2.2.1.4 Die Anweisung CASE .. OF .. ELSE .. END . . . . .. 68
2.2.2.1.5 Programm (KREISZYL.PAS) ............ 68
2.2.2.2 Wahlweise Berechnung von Wechselstromwiderstanden .. 70
2.2.2.2.1 Struktogramm .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 71
2.2.2.2.2 Programm (WESTROWI.PAS) . . . . . . . . . . .. 72
2.2.2.3 Obungsaufgabe: KUGEL.PAS . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 75
2.3 Wiederholung (Iteration) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
2.3.1 Zahlschleifen (FOR .. TO(DOWNTO) .. DO) . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
2.3.1.1 Simulation eines Wtirfelspiels ................... 77
2.3.1.1.1 Struktogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77
2.3.1.1.2 Programm (WUERFEL.PAS) . . . . . . . . . . . .. 78
2.3.1.2 Einlesen eines ARRAYs ..................... " 79
2.3.1.2.1 Einlesen eines eindimensionalen ARRAYs. . .. 80
2.3.1.2.1.1 Struktugramm . . . . . . . . . . . . .. 81
2.3.1.2.1.2 Programm (WURF3.PAS) . . . . . .. 82
2.3.1.2.2 Einlesen eines zweidimensionalen ARRAYs. .. 83
2.3.2 Abweisende Schleife (WHILE .. DO) ..................... 85
2.3.2.1 Stromungswiderstand einer laminaren Stromung in
glatten Rohren (Reynolds-Zahl) ................. 86
2.3.2.1.1 Struktogramm .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87
2.3.2.1.2 Programm (STROEMEN.PAS) . . . . . . . . . . .. 87
2.3.3 Nicht abweisende Schleife (REPEAT .. UNTIL) . . . . . . . . . . . . .. 88
2.3.3.1 Stromungsprogramm mit der REPEAT .. UNTIL-Schleife. 89
2.3.3.1.1 Struktogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89
2.3.3.1.2 Programm (STROM2.PAS) . . . . . . . . . . . . .. 89
2.3.4 Geschachtelte Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90
2.3.4.1 DurchfluBvolumen nach Hagen-Poiseuille ........... 90
2.3.4.1.1 Struktogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91
2.3.4.1.2 Programm (HAGEN.PAS) .............. 92
2.3.4.2 Sortierverfahren nach dem Bubbie-Sort-Algorithmus . . .. 93
2.3.4.2.1 Struktogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 93
2.3.4.2.2 Programm (BUBBLE.PAS) . . . . . . . . . . . . .. 94
2.3.4.3 Obungsaufgabe: Sortierverfahren nach dem Shell-Sort
Algorithmus (SHELL.PAS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95
x
lrUtaltsverzeiclrnis
3 Unterprogrammtechnik .................................. 96
3.1 Unterprogramme (Prozeduren) ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96
3.1.1 Programm Mittelwertbildung ohne Unterprogramm
(MITTELWE.PAS) .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97
3.1.2 Programm Mittelwertbildung in Unterprogrammtechnik
(MITTELW2.PAS) ................................ 97
3.2 Lokale und globale Variable (Konstante). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
3.3 Prozeduren mit Parameteriibergabe .......................... 102
3.3.1 Parameteriibergabe au~erhalb der Prozedur .... . . . . . . . . . . .. 103
3.3.2 Direkte Parameteriibergabe innerhalb der Prozedur . . . . . . . . . .. 105
3.3.2.1 Festlegung der Variablen als Ein-und Ausgabeparameter
(pROZED2.PAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 106
3.3.2.2 Festlegen der Variablen als Eingabe-Parameter
(PROZED3.PAS) ........................... 107
3.3.2.3 Defmition mehrerer formaler Variablen ............ 108
3.4 Funktionen.......................................... 109
3.5 Rekursive Ablaufe (Rekursionen) ........................... 112
3.5.1 Rekursives Programm zur Fakuitatsermittlung (FAKUL1.PAS) . .. 112
3.5.2 Iteratives Programm zur Fakultatsermittlung (FAKUL2.PAS) . . .. 113
4 Weiterfuhrende Moglichkeiten zum Umgang mit Datentypen und
Datenstrukturen ........................................ 114
4.1 Definition von Datentypen durch den Benutzer (TYPE-Anweisung) . . . .. 114
4.2 Strukturierung von Daten als RECORD ....................... 117
4.3 Vereinfachte Bearbeitung von RECORDs (WITH-Anweisung) . . . . . . . .. 121
4.4 Strukturierung von Daten als FILE (Datei) ..................... 123
4.4.1 Organisationsformen von Dateien ...................... 124
4.4.2 Anweisungen zur Arbeit mit Dateien .................... 125
4.4.3 Aufstellen einer Datei mit dateiweisem Datenverkehr ......... 127
4.4.4 Aufstellen einer Direktzugriff-Datei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 132
5 Anwendungsprogramme .................................. 138
5.1 Chemie............................................. 138
5.1.1 Radioaktiver Zerfall (RADIOZER.PAS) .. . . . . . . . . . . . . . . .. 138
5.1.2 Wasserstoffspektrum (SPEKTRUM.PAS) . . . . . . . . . . . . . . . . .. 141
5.1.3 Auswertung von Titrationen (TITRATIO.PAS) ............. 143
5.2 Mathematik.......................................... 145
5.2.1 L6sung quadratischer Gleichungen (QUADRAT.PAS) . . . . . . . .. 145
5.2.2 Addition zweier Matrizen (MATRADD.PAS) . . . . . . . . . . . . . .. 146
5.2.3 Muitiplikation zweier Matrizen (MATRMULT.PAS) .......... 147
5.2.4 LOsung linearer Gleichungssysteme nach Gauss-Jordan
(GAUSSJOR.PAS) .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 150