Turbo-Pascal für Ingenieure: Eine Einführung mit Anwendungen aus Naturwissenschaft und Technik

332 Pages·1992·12 MB·German

by  Ekbert Hering

Ekbert Hering
Eberhard Bappert
Joachim Rasch
Turbo Pascal
fUr Ingenieure
Aus dem Programm ___________- .....
Technische Informatik
Informatik flir Ingenieure 1
von P. Rausch
Rechnerstrukturen und Rechnerarchitektur
von W. Bundschuh unp P. Sokolowski
DigitaIrechner-Grundlagen und Anwendungen
von W. Ameling
Turbo Pascal fiir Ingenieure
von E. Hering, E. Bappert und J. Rasch
Aufbau und Arbeitsweise von Rechenanlagen
vonW.Coy
Datenstrukturen und Datenbanken
von G. Schafer
Assemblerprogrammierung mit dem PC
von J. Erdweg
Software-Engineering
von E. Hering
Datenkommunikation
von D. Conrads
DatenfemUbertragung
von P. Welzel
DigitaIe Kommunikationssysteme I
von F. Kaderali
System-und Signaltheorie
von O. Mildenberger
Informationstheorie und Codierung
o.
von Mildenberger
Digitale Signalverarbeitung
von A. van den Enden und N. Verhoeckx
Methoden der digitalen Bildsignalverarbeitung
von P. Zamperoni
Vieweg _________________
~
Ekbert Hering
Eberhard Bappert
Joachim Rasch
Turbo Pascal
fur Ingenieure
Eine Einfiihrung mit Anwendungen
aus Naturwissenschaftund Technik
2., neu bearbeitete Auflage
Unter Mitarbeit von Rolf Martin
Mit 93 Abbildungen und 10 Anwendungsprogrammen
Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig/Wiesbaden
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Hering, Ekbert:
Turbo-Pascal fUr Ingenieure: eine Einfiihrung mit Anwendungen
aus Naturwissenschaft und Technik I Ekbert Hering; Eberhard
Bappert; Joachim Rasch. - 2., neubearb. Aufl. I unter Mitarb. von
Rolf Martin. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1992
(Viewegs Fachbticher der Technik)
ISBN 978-3-528-14479-1 ISBN 978-3-322-89743-5 (eBook)
DOl 10.1007/978-3-322-89743-5
NE: Bappert, Eberhard:; Rasch, Joachim:
Das in diesem Buch enthaltene Programm-Material ist mit keiner Verpflichtung oder Garantie
irgendeiner Art verbunden. Die Autoren und der Verlag tibernehmen infolgedessen keine Veran
wortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung tibernehmen, die auf irgende
Art aus der Benutzung dieses Programm-Materials oder Teilen davon entsteht.
1. Auflage 1990
2., neu bearbeitete Auflage 1992
Aile Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig / Wiesbaden, 1992
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Verlagsgruppe Bertelsmann International.
Das Werk und seine Teile ist urheberrechtlich geschtitzt. J ede Verwertunl
in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fiillen bedarf deshalb der vor
herigen schriftlichen Einwilligung des Verlages.
Umschlaggestaltung: Hanswerner Klein, Leverkusen
Gedruckt auf siiurefreiem Papier
ISBN 978-3-528-14479-1
v
Vorwort zur zweiten Auflage
Nach der erfreulich guten Aufnahme des Buches durch die Leser, den positiv kriti
schert Stellungsnahmen und der Weiterentwicklung von Turbo Pascal ist eine zwei
te Auflage notwendig geworden. Die bestehenden Programme wurden iiberarbeitet,
urn dem Leser zu zeigen, wie Programme ohne Riickspriinge (GOTO-frei) geschrie
ben werden konnen.
Neu aufgenommen wurde im fiinften Kapitel eine HinIlihrung zur objektorientier
ten Programmierung (OOP) iiber die abstrakten Datentypen (ADT). Am Beispiel
eines Sortierprogramms wurde gezeigt, in welchen Schritten man von einer struk
turierten Programmierung zu einer objektorientierten Programmierung gelangt.
Das sechste Kapitel zeigt an einem Beispiel aus der grafischen Datenverarbeitung
den groBen Vorteil der objektorientierten Programmierung: die problemlose Erwei
terbarkeit mit Objektklassen und virtue lIen Methoden. Hier findet sich auch eine
schrittweise Einfiihrung in das UNIT -Konzept.
1m siebten Kapitel wird am Beispiel des Programmbeispiels des schiefen Wurfes
gezeigt, wie man zweckmaBigerweise Grafiken erstellt.
Das achte Kapitel enthalt die Anwendungsprogramme. Sie wurden gegeniiber der
ersten Auflage leicht gekiirzt, urn Platz fUr die neuen Kapitel zu bekommen. Ein
Grafikprogramm zur Demonstration Lissajousscher Figuren wurde ins Buch aufge
nommen.
Zu danken haben wir, wie stets, dem bewahrten Lektoratsteam vom Vieweg-Ver
lag, insbesondere Herro Edgar Klementz vom Fachbuchlektorat. Ganz besonders
danken mochten wir allen kritischen Begleitem dieses Buches, unseren Kollegen
von den Fachhochschulen und Universitaten. Unser groBter Dank gilt unseren Stu
denten der Fachhochschule Aalcm, insbesondere in den Fachbereichen Augenoptik,
Chemie und Oberflachentechnik, die viele Anregungen zur Verbesserung dieses
Werkes gaben. Deshalb sind wir sicher, unseren Lesem ein verbessertes und auf die
praktischen Bediirfnisse des Lemenden zugeschnittenes Werk anbieten zu konnen.
Heubach, Heidenheim, Geislingen, April 1992
Ekbert Hering, Eberhard Bappert und Joachim Rasch
VI
Inhaltsverzeichnis
1 Einfiihrung ................................................................................................... .
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..................................................................... 13
1.5.1 Das Programmpaket Turbo Pascal............................................ 13
1.5.2 Installation .................................................................................. 14
l.5.3 Integrierte Entwicklungsumgebung (Benutzeroberflache) ...... 17
l.5.3.1 Aufbau der integrierten Entwicklungsumgebung ....... 18
1.5.3.2 Moglichkeiten der integrierten
Entwicklungsumgebung ............................................... 21
1.6 Programmieren in Turbo Pascal............................................................ 24
1.6.1 Vergleich eines Programmaufbaus mit der industriellen
Fertigung ..................................................................................... 24
1.6.2 Prinzipieller Programmaufbau ................................................... 24
1.6.3 Programmieraufgabe .................................................................. 28
1.6.4 Erstellen des Programms............................................................ 29
1.6.4.1 Eingabe des Programms ............................................... 29
1.6.4.2 Editier-Befehle ............................................................. 30
1.6.4.3 Kompilieren des Programms........................................ 33
1.6.4.4 Suchen und Ersetzen .................................................... 34
1.6.4.5 Speichern unter einem Programmnamen .................... 36
1.6.4.6 Ausfiihren des Programms ........................................... 37
1.6.4.7 Verlassen von Turbo PascaL....................................... 38
1.6.4.8 Laden des Programms .................................................. 38
1.6.4.9 Speichern als .EXE-Datei ............................................ 38
2 Programmstruktureo uod Programmierbeispiele ................................... 41
2.1 Folgestrukturen (Sequenzen) ................................................................. 49
2.1.1 Bestimmung des Gesamtwiderstandes bei Parallel-
schaltung zweier Widerstiinde ................................................... 49
2.1.1.1 Struktogramm ............................................................... 50
2.1.1.2 Programm (PARALLEL.PAS) .. .................. ................ 50
2.1.2 Ubungsaufgabe: WURF I.PA S .......... .......... ...................... ........ 51
2.2 Auswahlstrukturen (Selektion) .............................................................. 52
2.2.1 Auswahl aus zwei Moglichkeiten (IF .. THEN .. ELSE) .............. 52
Inhaltsverzeichnis VII
2.2.1.1 Endgeschwindigkeit eines Elektrons nach Durch
laufen einer Spannung
(relativistisch -nicht relativistisch) ............................. 53
2.2.1.1.1 Struktogramm.. .............. ...... .................. ....... 54
2.2.1.1.2 Programm (ELEKTRON.PAS) ................... 54
2.2.1.2 Logische Verkniipfungen ............................................. 55
2.2.1.2.1 Me13bereichserweiterung zur Strom-und
Spannungsmessung ...................................... 57
2.2.1.2.1.1 Struktogramm ............................ 58
2.2.1.2.1.2 Programm (STROMMES.PAS) 59
2.2.1.3 Ubungsaufgabe: WURF2.PAS .................................... 61
2.2.2 Auswahl aus mehreren Moglichkeiten (CASE .. OF .. END) ...... 61
2.2.2.1 Wahlweise Berechnungen am senkrechten
Kreiszylinder ................................................................ 62
2.2.2.1.1 LABEL (Kennung) ...................................... 62
2.2.2.1.2 Struktogramm ............................................... 64
2.2.2.1.3 Programm mit Riicksprung
(KREISZ1.PAS) ........................................... 65
2.2.2.1.4 Programm ohne Riicksprung
(KREISZ2.PAS) ........................................... 66
2.2.2.1.5 Die Anweisung CASE .. OF .. ELSE .. END .... 69
2.2.2.1.6 Programm (KREISZ3 .PAS) ......................... 69
2.2.2.1.7 Programm mit Fehlererkennung durch
logische Variable (KREISZ4.PAS) ............. 71
2.2.2.2 Wahlweise Berechnung von
Wechselstromwiderstiinden ......................................... 75
2.2.2.2.1 Struktogramm ............................................... 76
2.2.2.2.2 Programm (WESTR01.PAS) ...................... 77
2.2.2.3 Ubungsaufgabe: KUGEL.PAS .................................... 80
2.3 Wiederholung (Iterationen) ................................................................... 81
2.3.1 Zahlschleifen (FOR .. TO(DOWNTO) .. DO) .............................. 81
2.3.1.1 Simulation eines Wiirfelspiels ..................................... 82
2.3.1.1.1 Struktogramm ............................................... 83
2.3.1.1.2 Programm (WUERFEL.PAS) ...................... 83
2.3.1.2 Einlesen eines ARRAYs .............................................. 84
2.3.1.2.1 Einlesen eines eindimensionalen ARRAYs 85
2.3.1.2.1.1 Struktogramm ............................ 86
2.3.1.2.1.2 Programm (WURF3.PAS) ......... 86
2.3.1.2.2 Einlesen eines zweidimensionalen
ARRAys....................................................... 88
2.3.2 Abweisende Schleife (WHILE .. DO) ......................................... 90
2.3.2.1 Stromungswiderstand einer laminaren Stromung in
glatten Rohren (Reynolds-Zahl) .................................. 90
VIII Inhaltsverzeichnis
2.3.2.1.1 Struktogramm ............................................... 91
2.3.2.1.2 Programm (STROEMEN.PAS) ................... 92
2.3.3 Nicht abweisende Schleife (REPEAT .. UNTIL) ....................... 92
2.3.3.1 Stromungsprogramm mit der REPEAT .. UNTIL-
Schleife· ...................................................................... 93
2.3.3.1.1 Struktogramm............................................... 93
2.3.3.1.2 Programm (STROM2.PAS) ......................... 94
2.3.4 Geschachtelte Schleifen ............................................................. 94
2.3.4.1 DurchfluBvolumen nach Hagen-Poiseuille ................. 95
2.3.4.1.1 Struktogramm ............................................... 95
2.3.4.1.2 Programm (HAGEN.PAS)........................... 96
2.3.4.2 Sortierverfahren nach dem Select-Sort-Algorithmus . 97
2.3.4.2.1 Struktogramm ............................................... 98
2.3.4.2.2 Programm (BUBBLE.PAS) ......................... 98
2.3.4.3 Ubungsaufgabe: Sortierverfahren nach dem Shell-
Sort-Algorithmus (SHELL.PAS) ................................. 99
3 U nterprogrammtechnik ..... .......... .................... ....................... ....... ......... ..... 100
3.1 Unterprogramme (Prozeduren) ............................................................. 101
3.1.1 Programm Mittelwertbildung ohne Unterprogramm
(MITTELW E.PAS) .................................................................... 101
3.1.2 Programm Mittelwertbildung in Unterprogrammtechnik
(MITTEL W2.PAS) ...... ........................................ ...... .......... ...... 102
3.2 Lokale und globale Variable (Konstante) ............................................. 103
3.3 Prozeduren mit Parameteriibergabe ...................................................... 107
3.3.1 Parameteriibergabe auBerhalb der Prozedur ............................. 108
3.3.2 Direkte Parameteriibergabe innerhalb der Prozedur ............ ..... 110
3.3.2.1 Festlegung der Variablen als Ein-und
Ausgabeparameter (PROZED2.PAS) .......... ......... ....... 111
3.3.2.2 Festlegen der Variablen als Eingabe-Parameter
(PROZED3.PAS) ......................................................... 112
3.3.2.3 Definition mehrerer formaler Variablen ..................... 113
3.4 Funktionen .............................................................................................. 114
3.5 Rekursive AbHiufe (Rekursionen) ......................................................... 116
3.5.1 Rekursives Programm zur FakulHitsermittlung
(FAKUL1.PAS) .......................................................................... 117
3.5.2 Iteratives Programm zur Fakultatsermittlung
(F AKUL20 .PAS) .......... ...................................... ............ .......... 118
4 Datentypen, Datenstrukturen und Dateiverwaltung ................................ 119
4.1 Definition von Datentypen durch den Benutzer (TYPE-Anweisung). 119
4.2 Strukturierung von Daten als RECORD ............................................... 122
4.3 Vereinfachte Bearbeitung von RECORDs (WITH-Anweisung) ......... 126
Inhaltsverzeichnis IX
4.4 Strukturierung von Daten als FILE (Datei) .......................................... 129
4.4.1 Organisationsformen von Dateien ............................................. 129
4.4.2 Arbeit mit Dateien...................................................................... 130
4.4.2.1 Anweisungen ................................................................ 130
4.4.2.2 Schematische Darstellung von Dateiaufbau und
Dateiverwaltung ........................................................... 132
4.4.3 Aufstellen einer Datei mit dateiweisem Datenverkehr ............. 134
4.4.4 Aufstellen einer Direktzugriff-Datei ......................................... 142
4.5 Ubungsaufgabe zur Dateiverwaltung .................................................... 147
5 Abstrakte Datentypen und objektorientierte Programmierung ............ 148
5.1 Prozeduren und Funktionen als Bausteine eines Programms ............... 150
5.2 Abstrakte Datentypen ............................................................................ 155
5.3 Abstrakte Datentypen in Modulen ........................................................ 161
5.4 Abstrakte Datentypen in Objekten ........................................................ 170
5.5 Vererbung und Polymorphie ................................................................. 177
6 Virtuelle Methoden und Erweiterbarkeit .................................................. 190
6.1 Hierarchie der verwendeten geometrischen Figuren ........ ......... ........... 190
6.2 Statische Methoden und friihe Bindung .................................. '" .... ....... 193
6.3 Virtuelle Methoden und spate Bindung ..................... ...... ......... ... ... ...... 199
6.4 Modularisierung und Verbesserung des graphischen Beispiels ........... 204
6.5 Beispiel fur die Verwendung von Befehlen aus der UNIT Graph ....... 213
6.6 Bewegen der graphischen Objekte auf dem Bildschirm ...................... 218
6.7 Erweiterung der graphischen Objekte urn Rechtecke .......................... 225
7 Grafik ............ ... ...... ........... ....... ... ....................................... ........... ... ... ........... 228
7.1 Unit Graph .. ........ ..... ...... ....... ....................... .................................... ....... 228
7.1.1 Initialisierung ....................... ............................. ... ........ .............. 228
7.1.2 Grafik-Cursor ............................................................................. 229
7.1.3 Textausgabe................................................................................ 230
7.1.4 Zeichenstil.. ..... .......... ... ..... ................ .......... ...... .................... ..... 231
7.2 Programmbeispiel (WURF.PAS) .......................................................... 233
8 Anwendungsprogramme ................................................ '" ... ... ......... ...... ...... 240
8.1 Chemie ................................................................................................... 240
8.1.1 Radioaktiver Zerfall (RADIOZER.PAS) .................................. 240
8.1.2 Titrationen (TITRATIO.PAS) ................................................... 244
8.2 . Mathematik ............................................................................................ 245
8.2.1 Losung quadrati scher Gleichungen (QUADRAT.PAS) ........... 246
-B.~.2 Losung linearer Gleichungssysteme nach Gauss-Jordan
(GAUSSJOR.PAS) ..................................................................... 247
x
Inhaltsverzeichnis
8.3 Physik ...................................................................................................... 251
8.3.1 Allgemeine Gasgleichung (GASGLEI.PAS) ............................ 251
8.3.2 Berechnung einer Statik (RESULT.PAS) ................................. 254
8.3.3 Uberlagerung von Schwingungen
(Lissajous-Figuren (LISSA. PAS» ............................................. 260
8.4 Statistik ................................................................................................... 266
8.4.1 Lineare, exponentielle und logarithmische Regression
(REGRESS.PAS) ...................................................................... 266
8.4.2 Polynome Regression ................................................................. 270
8.4.3 Multilineare Regression (MULTI.PAS) .................................... 274
Anhang ............................................................................................................... 280
Al Operatoren .............................................................................................. 280
A 1.1 Vergleichsoperatoren ................................................................. 280
A 1.2 Arithmetische Operationen ........................................................ 280
A 1.3 Logische Operatoren .................................................................. 280
A 1.4 Adrell-Operatoren ...................................................................... 280
A 1.5 Mathematische Funktionen ... ..... ... ... ..... .................. ...... ...... ... .... 281
A 2 Befehle, nach Gruppen gegliedert ......................................................... 282
A 2.1 Anweisungen ...... ... ............................... ................. ...... .... ........... 282
A 2.2 Dateifunktionen und Datentypen ............................................... 283
A 2.3 Prozeduren flir den Bildschirm (UNIT CRT) ........................... 286
A 2.4 Prozeduren des Betriebssystems (UNIT DOS) ......................... 287
A 2.5 Prozeduren fur die Grafik (UNIT GRAPH) .............................. 290
A 2.6 Overlay-Funktionen ................................................................... 294
A 3 Fehlermeldungen .................................................................................... 296
A 3.1 Compiler-Fehlermeldungen ....................................................... 296
A 3.2 Laufzeit-Fehlermeldungen......................................................... 296
A 4 Fehlersuche mit dem Debugger ............................................................. 298
A 4.1 Aufgabe des Debuggers ............................................................. 298
A 4.2 Verfolgen der Werte einzelner Variablen ................................. 300
A 5 Losungen der Ubungsaufgaben ............................................................. 303
A 5.1 WURF1.PAS .............................................................................. 303
A 5.2 WURF2.PAS .............................................................................. 304
A 5.3 KUGEL.PAS .... ,......................................................................... 306
A 5.4 SHELL.PAS ............................................................................... 308
A 5.5 DATEII0.PAS............................................................................ 310
Sachwortverzeichnis ..... ............. .......... .................. ................. .................. ........ 314