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

331 Pages·1996·8.67 MB·German

by  Ekbert Hering

Ekbert Hering
Eberhard Bappert
Jo achim Rasch
Turbo Pascal
für Ingenieure
Literatur für das _____________
Grundstudium
Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler
von L. Papula, 3 Bände
Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler
Übungen
von L. Papula
Mathematische Formelsammlung
für Ingenieure und Naturwissenschaftler
von L. Papula
Experimentalphysik für Ingenieure
von H-J. Schulz, J. Eichler, M. Rosenzweig, D. Sprengel und H Wetzel
Lehr- und Übungsbuch der Technischen Mechanik
von H. H. Gloistehn, 3 Bände
Elektrotechnik für Ingenieure
von W. Weißgerber, 3 Bände
Elemente der angewandten Elektronik
von E. Böhmer
Rechenübungen zur angewandten Elektronik
von E. Böhmer
Elektronik
von B. Morgenstern, 3 Bände
Simulieren mit PSPICE
von D. Ehrhardt und J. Schulte
Arbeitshilfen und Formeln für das technische Studium
Band 4: Elektrotechnik, Elektronik, Digitaltechnik
von W. Böge
Elektrische Meßtechnik
von K. Bergmann
Werkstoßkunde für die Elektrotechnik
von P. Guillery, R. Hezel und B. Reppich
Vieweg -------------------"
Ekbert Hering
Eberhard Bappert
Jo achim Rasch
Turbo Pascal
für Ingenieure
Eine Einführung mit Anwendungen
aus Naturwissenschaft und Technik
Unter Mitarbeit von Rolf Martin
und Holger Dittrich
Mit 93 Abbildungen
und 49 Anwendungsprogrammen
3., überarbeitete Auflage
aI
vI8weg
Das in diesem Buch enthaltene Programm-Material ist mit keiner Verpflichtung oder Garantie
irgendeiner Art verbunden. Die Autoren und der Verlag übernehmen infolgedessen keine Verantwor
tung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus
der Benutzung dieses Programm-Materials oder Teilen davon entsteht.
1. Auflage 1990
2., neu bearbeitete Auflage 1992
3., überarbeitete Auflage 1996
Alle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 1996
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH.
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und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Umschlaggestaltung: Klaus Birk, Wiesbaden
Gedruckt auf säurefreiem Papier
ISBN-13: 978-3-528-24479-8 e-ISBN-13: 978-3-322-89963-7
DOI: 10.1 007/978-3-322-89963-7
v
Vorwort zur dritten Auflage
Nach der erfreulich guten Aufnahme des Buches durch die Leser, den positiv kriti
schen Stellungnahmen und der Weiterentwicklung von Turbo Pascal ist eine dritte
Auflage notwendig geworden. Die bestehenden Programme wurden überarbeitet
und so verändert, daß der Leser die Programmstrukturen und die Realisierung in
Turbo Pascal mühelos versteht.
Die bewährte Struktur der zweiten Auflage wurde beibehalten; allerdings wurde auf
eine ausführliche Beschreibung der Installation verzichtet. Nach der Einführung
werden im zweiten Abschnitt die Programmstrukturen (Folge, Auswahl und Wie
derholung) ausführlich besprochen und an Beispielen programmiert. Der dritte Ab
schnitt führt in die Unterprogrammtechnik und der vierte Abschnitt in die Arbeit mit
Dateien ein.
Im fünften Abschnitt wird zur objektorientierten Programmierung (OOP) über die
abstrakten Datentypen (ADT) hingeführt. Am Beispiel eines Sortierprogramms wird
gezeigt, in welchen Schritten man von einer strukturierten Programmierung zu einer
objektorientierten Programmierung gelangt. Hier findet sich auch eine schrittweise
Einführung in das UNIT-Konzept.
Der sechste Abschnitt zeigt an einem Beispiel aus der grafischen Datenverarbeitung
den großen Vorteil der objektorientierten Programmierung: die problemlose
Erweiterbarkeit mit Objektklassen und virtuellen Methoden.
Im siebten Abschnitt wird am Programmbeispiel des schiefen Wurfes gezeigt, wie
man zweckmäßigerweise Grafiken erstellt.
Der achte Abschnitt enthält die Anwendungsprogramme. Sie wurden gegenüber der
ersten Auflage leicht gekürzt, um Platz für die neuen Kapitel zu bekommen. Ein
Grafikprogramm zur Demonstration Lissajousscher Figuren wurde ins Buch aufge
nommen. Alle Anwendungsprogramme wurden getestet und in großem Umfang neu
geschrieben, damit sie für die. Anwender im praktischen Einsatz komfortabler wur
den.
Zu danken haben wir, wie stets, dem bewährten Lektoratsteam vom Vieweg-Verlag,
insbesondere Herrn Edgar Klementz vom Fachbuchlektorat. Ganz besonders danken
möchten wir allen kritischen Begleitern dieses Buches, unseren Kollegen von den
Fachhochschulen und Universitäten. Unser größter Dank gilt unseren Studenten der
Fachhochschule Aalen, insbesondere in den Fachbereichen Augenoptik, Chemie und
Oberflächentechnik, die viele Anregungen zur Verbesserung dieses Werkes gaben.
Deshalb sind wir sicher, unseren Lesern ein verbessertes und auf die praktischen
Bedürfnisse des Lernenden zugeschnittenes Werk anbieten zu können.
Mit der beiligenden Diskette können Sie die im Buch beschriebenen Programme so
fort nutzen und Ihren Wünschen entsprechend modifizieren.
Heubach, Heidenheim, Geislingen, Juli 1996 Ekbert Hering
Eberhard Rappert
Joachim Rasch
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung ..................................................................................................... 1
1.1 Turbo Pascal als Programmiersprache ................................................... 1
1.2 Datenstrukturen ... .... ................................... ....... .................. ... ................ 2
1.3 Programmstrukturen ............................................................................... 6
1.4 Systematische Programmentwicklung ................................................... 8
1.5 Benutzeroberfläche in Turbo Pascal ...................................................... 13
1.5.1 Autbau der integrierten Entwicklungsumgebung .......... .............. 14
1.5.2 Möglichkeiten der integrierten Entwicklungsumgebung ............ 17
1.6 Programmieren in Turbo Pascal . ............................................................ 20
1.6.1 Vergleich eines Programmautbaus mit der industriellen
Fertigung .................................................................. ..... .............. 20
1.6.2 Prinzipieller Programmautbau .................................................... 20
1.6.3 Programmieraufgabe ..... ......................................................... ..... 24
1.6.4 Erstellen des Programms ............................................................. 24
1.6.4.1 Eingabe des Programms ............................................. ... 25
1.6.4.2 Editier-Befehle .............................................................. 25
1.6.4.3 Kompilieren des Programms ......................................... 29
1.6.4.4 Suchen und Ersetzen ..................................................... 30
1.6.4.5 Speichern unter einem Programmnamen ...................... 32
1.6.4.6 Ausführen eines Programms ......................................... 33
1.6.4.7 Verlassen von Turbo Pascal.......................................... 34
1.6.4.8 Laden des Programms ................................................... 34
1.6.4.9 Speichern als .EXE-Datei .............................................. 34
2 Programmstrukturen und Programmierbeispiele .................................... 37
2.1 Folgestrukturen (Sequenzen) .................................................................. 45
2.1.1 Bestimmung des Gesamtwiderstandes bei Parallelschaltung
zweier Widerstände .............................. ............ ......... .................. 45
2.1.1.1 Struktogramm ......................................... ......... .............. 46
2.1.1.2 Programm (PARALLEL.PAS) ..................................... 46
2.1.2 Übungsaufgabe: WURFl.PAS .................................................... 47
2.2 Auswahlstrukturen (Selektion) ....................................................... ........ 48
2.2.1 Auswahl aus zwei Möglichkeiten (IF .. THEN .. ELSE) ................ 48
2.2.1.1 Endgeschwindigkeit eines Elektrons nach Durchlaufen
einer Spannung (relativistisch -nicht relativistisch) ..... 49
2.2.1.1.1 Struktogramm ........ .......... ........ ....... ........... ... 50
2.2.1.1.2 Programm (ELEKTRON.PAS).................... 50
vm Inhaltsverzeichnis
2.2.1.2. Logische Verknüpfungen .............................................. 51
2.2.1.2.1 Meßbereichserweiterung zur Strom-und
Spannungsmessung ...................................... 53
2.2.1.2.1.1 Struktogramm ............................ 54
2.2.1.2.1.2 Programm (STROMMES.PAS) 55
2.2.1.3 Übungsaufgabe: WURF2.PAS ...................................... 57
2.2.2 Auswahl aus mehreren Möglichkeiten (CASE .. OF .. END) ......... 58
2.2.2.1 Wahlweise Berechnungen am senkrechten
Kreiszylinder ....................................................... .......... 58
2.2.2.1.1 LABEL (Kennung) ........................... ........... 59
2.2.2.1.2 Programm mit logischer Variable fertig
(KREISZA.PAS) .......................................... 59
2.2.2.1.3 Anweisung CASE. . OF. . ELSE .. END ........... 62
2.2.2.1.4 Programm mit Fehlererkennung durch
logische Variable (KREISZB.PAS) ............. 62
2.2.2.2 Wahlweise Berechnung von Wechselstrom-
widerständen ......................................................... ......... 66
2.2.2.2.1 Struktogramm ........................................ ....... 67
2.2.2.2.2 Programm (WESTR01.PAS) ...................... 68
2.2.2.3 Übungsaufgabe: KUGEL.PAS ...................................... 71
2.3 Wiederholung (Iterationen) .................................................................... 71
2.3.1 Zählschleifen (FOR..TO (DOWNTO) .. DO) ............................... 72
2.3.1.1 Simulation eines Würfelspiels ....................................... 73
2.3.1.1.1 Struktogramm ............................................... 73
2.3.1.1.2 Programm (WUERFEL.PAS) ...................... 74
2.3.1.2 Einlesen eines ARRAY ................................................. 75
2.3.1.2.1 Einlesen eines eindimensionalen ARRA Y ... 76
2.3.1.2.1.2 Programm (WURF3.PAS) ......... 77
2.3.1.2.1.1 Struktogramm ............................. 77
2.3.1.2.2 Einlesen eines zweidimensionalen ARRA Y 79
2.3.2 Abweisende Schleife (WHILE .. DO) ........................................... 81
2.3.2.1 Strömungswiderstand einer laminaren Strömung in
glatten Rohren (Reynolds-Zahl) .. ....................... ........ ... 82
2.3.2.1.1 Struktogramm ............................................... 83
2.3.2.1.2 Programm (STROEMEN.PAS) ................... 83
2.3.3 Nicht abweisende Schleife (REPEAT .. UNTIL) ......................... 84
2.3.3.1 Strömungsprogramm mit der REPEAT .. UNTIL-
Schleife.......................................................................... 85
2.3.3.1.1 Struktogramm............................................... 85
2.3.3.1.2 Programm (STROM2.PAS) ......................... 85
2.3.4 Geschachtelte Schleifen .............................................................. 86
2.3.4.1 Durchflußvolumen nach Hagen-Poiseuille ................... 86
2.3.4.1.1 Struktogramm............................................... 87
Inhaltsverzeichnis IX
2.3.4.1.2 Programm (HAGEN.PAS)........................... 87
2.3.4.2 Sortierverfahren nach dem Select-Sort-Algorithmus .... 89
2.3.4.2.1 Struktogramm............................................... 89
2.3.4.2.2 Programm (BUBBLE.PAS) ......................... 90
2.3.4.3 Übungsaufgabe: Sortierverfahren nach dem Shell-
Sort-Algorithmus (SHELL.PAS) .................................. 91
3 Unterprogrammtechnik................................................................................ 92
3.1 Unterprogramme (Prozeduren) .............................................................. 93
3.1.1 Programm Mittelwertbildung ohne Unterprogramm
(MITfELWE.PAS) ..................................................................... 93
3.1.2 Programm Mittelwertbildung in Unterprogrammtechnik
(MITfELW2.PAS) ..................................................................... 94
3.2 Lokale und globale Variable (Konstante) .............................................. 96
3.3 Prozeduren mit Parameterübergabe ....................................................... 99
3.3.1 Parameterübergabe außerhalb der Prozedur ................................ 100
3.3.2 Direkte Parameterübergabe innerhalb der Prozedur ................... 102
3.3.2.1 Festlegung der Variablen als Ein- und
Ausgabeparameter (PROZED2.PAS) ........................... 103
3.3.2.2 Festlegen der Variablen als Eingabe-Parameter
(PROZED3.PAS) .......................................................... 104
3.3.2.3 Definition mehrerer formaler Variablen ........................ 105
3.3.2.4 Übergabe zweier beliebiger Zahlen ............................... 106
3.4 Funktionen .............................................................................................. 107
3.5 Rekursive Abläufe (Rekursionen) .......................................................... 110
3.5.1 Rekursives Programm zur Fakultätsermittlung
(FAKULI0.PAS) ........................................................................ 111
3.5.2 Iteratives Programm zur Fakultätsermittlung (FAKUL20.PAS). 111
4 Datentypen, Datenstrukturen und Dateiverwaltung ................................ 113
4.1 Definition von Datentypen durch den Benutzer
(TYPE-Anweisung) ................................................................................ 113
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 Arbeit mit Dateien ....................................................................... 125
4.4.2.1 Anweisungen ................................................................. 125
4.4.2.2 Schematische Darstellung von Dateiaufbau und
Dateiverwaltung ............................................................ 127
4.4.3 Aufstellen einer Datei mit dateiweisem Datenverkehr ................ 129
4.4.4 Aufstellen einer Direktzugriff-Datei ........................................... 137
4.5 Übungsaufgabe zur Dateiverwaltung ..................................................... 142
x
Inhaltsverzeichnis
5 Abstrakte Datentypen und objektorlentlerte Programmierung ............. 143
5.1 Prozeduren und Funktionen als Bausteine eines Programms ................ 145
5.2 Abstrakte Datentypen ............................................................................. 150
5.3 Abstrakte Datentypen in Modulen ......................................................... 156
5.4 Abstrakte Datentypen in Objekten ......................................................... 163
5.5 Vererbung und Polymorphie .................................................................. 171
6 Virtuelle Methoden und Erweiterbarkeit .................................................. 183
6.1 Hierarchie der verwendeten geometrischen Figuren ............................. 183
6.2 Statische Methoden und frühe Bindung ................................................. 186
6.3 Virtuelle Methoden und späte Bindung ................................................. 192
6.4 Modularisierung und Verbesserung des graphischen Beispiels ............ 197
6.5 Beispiel für die Verwendung von Befehlen aus der UNIT Graph ........ 206
6.6 Bewegen der graphischen Objekte auf dem Bildschirm ....................... 211
6.7 Erweiterung der graphischen Objekte um Rechtecke... ......................... 218
7 Grafik ............................................................................................................. 221
7.1 Unit Graph .............................................................................................. 221
7.1.1 Initialisierung............. ............. .... .... ............................................ 221
7.1.2 Grafik-Cursor .............................................................................. 222
7.1.3 Textausgabe ............ ..... ...... ....... ......... ........ ...... ......................... ... 223
7.1.4 Zeichenstil ................................................................................... 224
7.2 Programmbeispiel (WURF.PAS) ........................................................... 226
8 Anwendungsprogramme .............................................................................. 233
8.1 Chemie .................................................................................................... 233
8.1.1 Radioaktiver Zerfall (RADIOZER.PAS) .................................... 233
8.1.2 Titrationen ................................................................................ ". 238
8.2 Mathematik ............................................................................................. 241
8.2.1 Lösung quadratischer Gleichungen (QUADRAT. PAS) ............. 241
8.2.2 Lösung linearer Gleichungssysteme nach Gauss-Jordan
(GAUSSJOR.PAS) ..................................................................... 243
8.3 Physik...................................................................................................... 247
8.3.1 Allgemeine Gasgleichung (GASGLEI.PAS) .............................. 247
8.3.2 Berechnung einer Statik (RESULT.PAS) ................................... 250
8.3.3 Überlagerung von Schwingungen
(Lissojous-Figuren (LISSA.PAS» .............................................. 257
8.4 Statistik ................................................................................................... 263
8.4.1 Lineare, exponentielle und logarithmische Regression
(REGRESS.PAS) ........................................................................ 263
8.4.2 Polynome Regression (POLYREGR.PAS) ................................. 268
8.4.3 Multilineare Regression (MULTI. PAS) ...................................... 272