Глава 6. СТРУКТУРИРОВАННЫЕ
ТИПЫ ДАННЫХ Структурированные типы данных определяют наборы однотипных или разнотипных компонент. Типы компонент образуются из других типов (простых, структурированных, указателей и т. д.) данных. В языке Паскаль существуют следующие структурированные типы: - тип-массив; - тип-запись; - тип-множество; - тип-файл. В Turbo Pascal имеется еще два структурированных типа: - тип-строка string и - тип-строка PChar, являющиеся разновидностями массива. В дальнейшем объекты структурированных типов для краткости будут называться теми же именами, что и их типы, без указания слова "тип": массив, запись, множество, файл, строка. В стандарте языка существуют упакованные (packed) и неупакованные структурированные типы. В Turbo Pascal слово packed, характеризующее упакованный тип, не оказывает никакого влияния; в случае, когда это возможно, упаковка данных осуществляется автоматически. 6.1. Массив Тип-массив представляет собой фиксированное количество упорядоченных однотипных компонент, снабженных индексами. Он может быть одномерным и многомерным. Чтобы задать тип-массив, используется зарезервированное слово array, после которого следует указать тип индекса (индексов) компонент (в квадратных скобках) и далее после слова of - тип самих компонент: type <имя типа> = array[<тип индекса(индексов)>] of <тип компонент>; Пример. type Arr = array of Real; {тип-массив из 3 вещественных чисел} Matrix = array of Integer; {тип - двумерный массив целых чисел, состоящий из 3 строк и 2 столбцов} Введя тип-массив, можно затем задать переменные или типизированные константы этого типа. Размерность массива может быть любой, компоненты массива могут быть любого, в том числе и структурированного, типа, индекс (индексы) может быть любого порядкового типа, кроме типа Longint. При задании значений константе-массиву компоненты указываются в круглых скобках и разделяются запятыми, причем, если массив многомерный, внешние круглые скобки соответствуют левому индексу, вложенные в них круглые скобки - следующему индексу и т. д. Так, для введенных выше типов можно задать, например, следующие переменные и константы: var Ml, М2: Arr; Matr: Matrix; const M3: Arr =(1, 2, 3); Mat: Matrix = ((1, 2), (3, 4), (5, 6)); Последняя константа соответствует следующей структуре: 1 2 3 4 5 6 Примечание. Тип-массив можно вводить непосредственно и при определении соответствующих переменных или типизированных констант. Например: var Ml, M2: array of Real; Matr: array of Integer; Здесь определены те же массивы, что и в предыдущем примере. При таком объявлении массивов следует помнить, что их типы не будут идентичными никаким другим типам, даже если они имеют одинаковую структуру. Поэтому передавать их как параметры в подпрограмму нельзя (см. п. 10.3), нельзя также присваивать им значения других массивов (и наоборот), даже если их структуры совпадают. Доступ к компонентам массива осуществляется указанием имени массива, за которым в квадратных скобках помещается значение индекса (индексов) компоненты. В общем случае каждый индекс компоненты может быть задан выражением соответствующего типа, например: M1, Matrix, M2 и т. д. Одному массиву можно присвоить значение другого массива, но только идентичного типа. Так, если заданы следующие массивы: var А, В: array of Integer; С: array of Integer; то допустим следующий оператор: A:= В; С другой стороны, оператор С:= А; недопустим, т. к. массивы А и С - не идентичных типов. Имеются некоторые отличия в работе с одномерными массивами символов (не путать с величинами типа string - см. п. 6.2). Так, типизированным константам этого вида можно присвоить значение как обычным строковым константам, указав строку символов в апострофах, например const A: array of Char="ааааа"; В: array of Char="bbb"; Для таких массивов, как и для строк, можно использовать операции сравнения (даже если они не идентичных типов и даже если имеют различный размер) и конкатенации (объединения) - см. п. 6.2. Их можно использовать в операторах вывода Write и WriteLn. Например, для введенных выше массивов можно написать if A > В then WriteLn(A) else WriteLn(B); 6.2. Строка типа string В Turbo Pascal тип-строка (стандартный тип string) - последовательность символов произвольной длины (до 255 символов). Строку можно рассматривать как массив символов, однако в связи с широким использованием строк и некоторыми особенностями по сравнению со стандартными массивами они выделены в отдельный тип данных. У типа-строки в квадратных скобках может быть указан его размер (от 1 до 255). Если размер строки не указан, он считается равным 255, например: var Str: string; MaxStr: string; {строка в 255 символов} const January: string = "Январь"; Для строк применимы операции конкатенации (+) и сравнения. Операция конкатенации добавляет к первой строке вторую. Пример. Объединение двух строк. Str, Strl, Str2:string; begin Strl:= "Turbo "; Str2:= "Pascal"; Str:= Strl + Str2; {в переменной Str - "Turbo Pascal"} end. Сравнивать можно строки разной длины. Сравнение осуществляется слева направо в соответствии с ASCII-кодами соответствующих символов. Считается, что отсутствующие символы в более короткой строке имеют код меньше кода любого действительного символа. Например, "XS" больше, чем "X". Пример. Проверить, является ли введенная совокупность символов именем месяца на русском языке. program EXAMPLE11; const Instance: array of string!10]= ("ЯНВАРЬ", "ФЕВРАЛЬ", "МАРТ", "АПРЕЛЬ", "МАЙ", "ИЮНЬ", "ИЮЛЬ", "АВГУСТ", "СЕНТЯБРЬ", "ОКТЯБРЬ", "НОЯБРЬ", "ДЕКАБРЬ"); Month: Boolean = False; var Str: string; i: Integer; begin Writeln("Введите заглавные символы: "); ReadLn(Str); for i:= 1 to 12 do if Str = Instance[i] then Month:=True; if Month then WriteLn("Введено имя месяца") else WriteLn("Введено не имя месяца") end. Фактически строка N символов представляет собой массив из N+1 символа: string[N] = аrrау of Char. Нулевой символ предназначен для указания используемого количества символов строки и может изменяться от символа с кодом 0 до символа с кодом N. С ним можно работать как и с остальными символами строки (записывать и читать его значение и т. д.), но не забывая о его основном предназначении. 6.3. ASCIIZ-строка В версии 7.0 для совместимости с другими языками программирования и средой Windows введен еще один вид строк - строки, оканчивающиеся нулевым байтом - символом с кодом 0 (т. н. ASCIIZ-строки). В отличие от строк типа string у этих строк не накладывается ограничение на их размер (фактически размер может быть до 65535 байтов). Этим строкам дан стандартный тип PChar. Фактически этот тип является указателем на символ (об указателях см. п. 7): PChar = ^Char; Однако применение расширенного синтаксиса (ключ {Х+} - см. п. 17.7.1) позволяет использовать такую переменную как строку, эквивалентную масиву типа pChar = array of Char, где К - количество символов в строке, не считая завершающего символа с кодом 0. В отличие от типа string символ с индексом 0 здесь является первым символом строки, а последний символ с индексом К - завершающим символом с кодом 0. При работе с ASCIIZ-строками целесообразно задавать расширенный синтаксис; в этом случае не возникают трудности при использовании различных стандартных подпрограмм, работающих со строками. Пример. Использование строк типа PChar при расширенном синтаксисе. program EXAMPLE12; {$Х+} {не обязательно так как используется по умолчанию} type Т = array of Char; {массив для строки из 7 символов} var Str: PChar; const А: Т = "привет!"#0; begin Str:= "ПРИВЕТ!"; WriteLn(Str); {вывод строки: ПРИВЕТ!} Str:= @А; {допустимо также: Str:=A} WriteLn(Str); {вывод строки: привет!} WriteLn(Str);{вывод символа "р"} ReadLn end. Если используется ключ {$Х-}, переменная типа PChar в этом случае рассматривается как указатель на один единственный символ. В этом случае ни один из операторов предыдущего примера, за исключением операторов Str:=@A; и ReadLn, недопустимы, а оператор WriteLn(Str^), выполненный после оператора Str:=@A;, выдаст один символ "п". Для работы с ASCIIZ-строками в версии 7.0 используются специальные стандартные модули Strings (см. п. 16.2) и WinDos (см. п. 16.6). 6.4. Запись Тип-запись включает ряд компонент, называемых полями, которые могут быть разных типов. При задании типа-записи после зарезервированного слова record следует перечислить все поля типа-записи с указанием через двоеточие их типов и завершить задание типа словом end. Поля отделяются друг от друга точкой с запятой. Количество полей записи может быть любым. Пример. type Complex = record {Тип комплексных чисел} Re: Real; Im: Real end; Data = record {Тип - дата рождения} Year: Integer; Month: 1..12; Day: 1..31 end; Person = record {Тип - сведения о сотруднике} Name: string; Sex: (Male, Female); Age: Integer; Married: Boolean end; Примечание. Если несколько полей типа-записи имеют один и тот же тип, то их имена можно перечислить через запятую и затем указать этот общий тип. Так, рассмотренный в примере тип комплексных чисел можно ввести и другим образом: type Complex = record Re, Im: Real end; После введения типа-записи можно затем задать переменные или типизированные константы этого типа - записи. При задании значений константе ее поля записываются в круглых скобках через точку с запятой. Для задания значения каждого поля сначала указывается имя поля, а затем через двоеточие - его значение. Так, для введенных выше типов можно задать, например, следующие переменные и константы: var X, У, Z: Complex; Dat: Data; const Birthday: Data = (Year: 1971; Month: 12; Day: 9); Ivanov: Person = (Name: "Иванов"; Sex: Male; Age: 40; Married: True); Примечание. Тип-запись можно вводить и непосредственно при определении переменных или типизированных констант. Например, фрагмент var X, Y, Z: record Re, Im: Real end; определяет те же комплексные переменные, что и в предыдущем примере. Доступ к полям записи осуществляется указанием имени переменной (константы) и имени поля, записываемого через точку, например: Ivanov.Age, X.Re, Dat.Day и т. д. Пример. Использование полей записей. X.Re:= 1.5; X.Im:=1.7; Y.Re:= -X.Re; Y.Im:= -X.Im; Ivanov.Married:= False; Для того чтобы не выписывать каждый раз имя записи при обращении к ее полям, можно использовать оператор над записями WITH. Его структура выглядит следующим образом: with <имя записи> do <оператор>; В этом случае внутри оператора можно указывать только поле записи. Например, фрагмент: with X do begin Re:= 1.5; Im:= 1.7; Y.Re:= -Re; Y.Im:= -Im end; with Ivanov do Married:= False; эквивалентен фрагменту из предыдущего примера. Тип-запись может иметь вариантную часть, изменяющуюся при разных реализациях, например, в типе-записи параметров геометрических фигур для квадрата задается сторона, для треугольника - две стороны и угол между ними, для окружности - радиус и т. д. Вариантная часть может быть только одна и должна располагаться в конце записи. Пример. Использование вариантной части. type Figure = (Square, Triangle, Circle); Param = record X, Y: Real; {координаты точки привязки} case Fig: Figure of {параметры фигур} Square: (Side: Real); Triangle: (Sidel, Side2, Angle: Real); Circle: (Radius: Real) end; var MySquare, MyCircle: Param; Вариантная часть начинается словом case, за которым следует переменная выбора варианта (в примере Fig) с указанием типа. Далее указываются константы значения которых может принимать переменная выбора варианта (в примере Square, Triangle, Circle). За каждой константой через двоеточие в круглых скобках записываются поля данного варианта записи с указанием их типов. Круглые скобки необходимы, даже если для данного варианта вариантная часть отсутствует. Следует отметить, что вариантная часть не завершается своей операторной скобкой end, как у обычной конструкции CASE, т. к. далее идет завершающая операторная скобка end всего типа. В стандарте языка Паскаль перед тем, как использовать один из вариантов записи, переменной выбора варианта необходимо присвоить соответствующее значение: Fig:= Square; MySquare.Side:=5.0; Fig:= Circle; MyCircle.Radius:=7.5; В Turbo Pascal эту операцию делать необязательно, хотя, если переменная выбора задана, ее затем можно в программе посмотреть, чтобы определить, какой задан вариант. Более того, задание значения переменной выбора ни на что не оказывает влияния, и следующий фрагмент эквивалентен рассмотренному выше: Fig:= Circle; MySquare.Side:= 5.0; Fig:= Square; MyCircle.Radius:-7.5; В тип-записи допустимо не вводить переменную выбора вариантов, а перечислить лишь разные варианты, например: Transf = record case Integer of 1: (_Word: Word); 2: (_TwoSymb: array of Char) end; 6.5. Множество В языке Паскаль типом-множеством называется множество-степень исходного множества объектов порядкового типа, т. е. множество всевозможных сочетаний объектов исходного множества. Число элементов исходного множества в Turbo Pascal не может быть больше 256, а порядковые номера элементов (т. е. значение функции Ord) должны находиться в пределах от 0 до 255. Для задания типа-множества следует использовать зарезервированные слова set и of, а затем указать элементы этого множества, как правило, в виде перечисления или диапазона, например: type Alfa = set of "A".."Z"; Count = set of (Plus, Minus, Mult, Divid); Ten = set of 0..9; Number = set of "0".."9" ; Введя тип-множество, можно задать переменные или типизированные константы этого типа-множества. При задании значений константе-множеству ее элементы перечисляются через запятую (допустимо указывать диапазоны) и помещаются в квадратные скобки. Например, для введенных выше типов можно задать такие переменные и типизированные константы: var CharVal: Alfa; Operation: Count; const Index: Ten = ; Digit: Number = ["0".."9"]; Примечание. Так же как и для других структурированных типов, тип-множество можно ввести непосредственно при задании переменных или типизированных констант: var CharVal: set of "A".."Z"; Operation: set of (Plus, Minus, Mult, Divid); const Index: set of 0..9 = ; Digit: set of "0".."9"=["0".."9"]; Множеству можно в программе присвоить то или иное значение. Обычно значение задается с помощью конструктора множества. Конструктор задает множество элементов с помощью перечисления в квадратных скобках выражений, значения которых дают элементы этого множества. Допустимо использовать диапазоны элементов. Пример. Следующие структуры являются конструкторами множеств: В каждое множество включается и т. н. пустое множество , не содержащее никаких элементов. Конструктор множества можно использовать и непосредственно в операциях над множествами. Для множеств определены следующие операции: + - объединение множеств; - - разность множеств; * - пересечение множеств; = - проверка эквивалентности двух множеств; <> - проверка неэквивалентности двух множеств; <= - проверка, является ли левое множество подмножеством правого множества; >= - проверка, является ли правое множество подмножеством левого множества; in - проверка, входит ли элемент, указанный слева, в множество, указанное справа. Результатом операции объединения, разности или пересечения является соответствующее множество, остальные операции дают результат логического типа. Пример. Ввести строку символов, состоящую из латинских букв, цифр и пробелов. Осуществить проверку правильности введенных символов. program EXAMPLE13; var Str: string; L: Byte; Tru: Boolean; begin WriteLn("Введите строку"); ReadLn(Str); L:= Length(str); {число введенных символов} Tru:= L > 0; {true, если не пустая строка} while Tru and (L > 0) do {проверка с конца строки} begin Tru:=Str[L] in ["0".."9", "A".,"Z", "a".."z", " "]; {проверка допустимости символа} Dec(L) {предыдущий символ} end; if Tru then WriteLn("Правильная строка") else WriteLn("Неправильная строка") end. 6.6. Файл Тип-файл представляет собой последовательность компонент одного типа, расположенных на внешнем устройстве (в стандарте языка за основу взято расположение данных на магнитных лентах). Компоненты могут быть любого типа, за исключением типа-файла (или содержащего компоненты типа-файла) и типа-объекта. Число компонент в файле не объявляется. Для задания типа-файла следует использовать зарезервированные слова file и of, после чего указать тип компонент файла. Пример. type Number = file of Integer; {тип-файл целых чисел} Symb = file of "A".."Z"; {тип-файл прописных латинских букв} Стандартный тип Text определяет тип-файл, содержащий символы, объединенные в строки. Следует иметь в виду, что тип Text в Turbo Pascal не эквивалентен типу file of Char. Введя файловый тип, можно определить переменные файлового типа: var Fl, F2: Number; F3: Text; FF4: Symb; В Turbo Pascal можно использовать файл без типа, при определении которого не указывается тип компонент. В этом случае работа с файлом осуществляется на физическом уровне в соответствии с внутренним форматом его данных. При этом реальные компоненты файла могут иметь и различный тип. Пример. type UnTyp = file; Тип-файл можно определять и непосредственно при объявлении файловых переменных: var Fl, F2: file of Integer; Файловые переменные имеют специфическое применение. Над ними нельзя выполнять никаких операций (присваивать значение, сравнивать и т. д.). Их можно использовать лишь для выполнения операций с файлами (чтения, записи, удаления файла и т. д.). Работа с файлами будет рассмотрена в п. 11. Кроме того, через файловую переменную можно получить информацию о конкретном файле (тип, параметры, имя файла и т. д.)

Метод структурной алгоритмизации является одним из системных методов разработки алгоритмов. Он основан на визуальном представлении алгоритмов в виде последовательностей управляющих структурных фрагментов.

Каждый алгоритм состоит из элементарных шагов, которые можно объединить в определенные алгоритмические конструкции: линейную (последовательную), разветвляющуюся , циклическую .

Определение 1

Линейной называется конструкция алгоритма, реализованная в виде последовательности действий (шагов), причем каждое действие (шаг) выполняется только 1 раз, после каждого действия (шага) выполняется увеличение действия (шага) на 1 до тех пор, пока значение не станет больше конечного параметра алгоритма.

С помощью линейных алгоритмов представляют линейные процессы. Алгоритмы этого типа используют при описании обобщенного решения задач в виде последовательностей модулей.

Определение 2

Разветвляющейся (ветвящейся) называют алгоритмическую конструкцию, обеспечивающую выбор между 2 вариантами решений в зависимости от значений входных данных.

Ветвления бывают двух типов: неполное (если-то ) и полное (если-то-иначе ). С помощью полного ветвления можно организовать 2 ветви в алгоритме (то или иначе ), каждая из которых приведет к общей точке их слияния, алгоритм будет выполняться независимо от того, по какому пути пошло решение. При наличии неполного ветвления предполагаются некоторые действия алгоритма лишь на одной ветви (то ), поскольку вторая отсутствует, для одного из результатов проверки действия производить нет необходимости, управление сразу перейдет к точке слияния. Различают 4 базовые варианта структуры ветвления:

1. Неполное ветвление типа «если – то », при котором все действия будут выполняться истинности условия.
2. Полное ветвление типа «если – то – иначе» , при котором будут выполняться 2 действия в зависимости от истинности условия.
3. Ветвление с выбором типа «то» , при котором действие 1 будет выполняться при условии 1, действие 2 при условии 2 и т.д.
4. Ветвление с выбором типа «иначе» , при котором при условии 1 будет выполняться действие 1, при условии 2 действие 2 и т.д., а иначе будут выполняться все другие действия.

Ниже приведены блок-схемы разветвляющихся алгоритмов.

Определение 3

Циклической (или циклом) называется конструкция алгоритма, в которой некоторая группа идущих подряд действий (шагов) выполняется несколько раз в зависимости от условия задачи и входных данных.

Определение 4

Такую группу повторяющихся действий на каждом шагу цикла называют телом цикла .

В любой циклической конструкции содержатся элементы ветвящейся конструкции алгоритма.

Различают 3 типа циклических алгоритмов:

• цикл с параметром (арифметический цикл);
• цикл с предусловием;
• цикл с постусловием (последние два называют итерационными).

Арифметический цикл

В цикле данного типа число шагов однозначно определено правилом изменения параметра, задаваемом с помощью его начальных и конечных значений, а также шага его изменения. Т.е., на каждом шаге цикла значение параметра изменяется согласно шагу цикла, пока не достигнет значения, равного конечному значению параметра.

Цикл с предусловием

В данном цикле количество шагов заранее не определяется, оно зависит от входных данных. В этой циклической структуре сначала происходит проверка значения условного выражения (условия), стоящего перед выполнением очередного шага цикла. При истинном значении условного выражения будет исполняться тело цикла. После чего снова будет выполняться проверка условия. Эти действия будут повторяться до тех пор, пока значение условного выражения не станет ложным, тогда цикл завершится.

Особенностью данного типа цикла является то, что при изначальной ложности значения условного выражения тело цикла не будет выполняться совсем.

Цикл с постусловием

В данной циклической конструкции, как и в предыдущей, заранее не определяется число повторений тела цикла, оно будет зависеть от входных параметров. Отличительной чертой цикла с предусловием является то, что тело цикла с постусловием в любом случае будет выполнено хотя бы 1 раз и только после этого проверится условие. В данной конструкции тело цикла выполняется до тех пор, пока значение условного выражения будет ложным. Как только оно станет истинным, выполнение команд прекратится.

В реальных задачах, как правило, присутствует любое количество циклов.

Ниже приведены блок-схемы циклических алгоритмов.

Типы данных: простые и структурированные

К реальным данным, которые обрабатываются программой, относят целые и вещественные числа, логические величины и символы. Они относятся к простым типам данных и называются базовыми. Все обрабатываемые компьютером данные хранятся в его ячейках памяти, каждая из которых имеет свой адрес. В языках программирования существуют переменные, позволяющие не обращать внимание на адреса ячеек памяти и обращаться к ним с помощью имени (идентификатора).

Определение 5

Переменная представляет собой именованный объект (ячейку памяти), изменяющий свое значение.

Имя переменной указывает на значение, а адрес и способ ее хранения остаются скрытыми от про¬граммиста. Помимо имени и значения переменные имеют свой тип, помогающий опре¬делить какого типа информация находится в памяти.

Типом переменной задается:

• используемый способ записи информации в ячейки памяти;
• необходимый объем памяти для ее хранения.

Для каждого типа объем памяти определяется так, чтобы в него можно было поместить любое значение из допустимо¬го диапазона значений для данного типа.

Определение 6

Переменные, которые присутствуют в программе на протяжении всего периода ее работы, называются статическими .

Определение 7

Переменные, которые создаются и уничтожаются на разных этапах выполнения про¬граммы, называются динамическими .Определение 10

Массивом называют упорядоченную совокупность однотипных величин, которые имеют общее имя, порядковые номера у элементов (индексы).

Элементы массива хранятся в памяти компьютера по соседству в отличие от одиночных элементов. Массивы различают по количеству индексов элементов.

Одномерный массив характеризуется наличием у каждого элемента лишь одного индекса. Примерами одномерных массивов являются геометрическая и арифметическая последовательности, которые определяют конечные ряды чисел.

Определение 11

Количество элементов массива называется размерностью .

У одномерного массива его размерность записывают рядом с именем в круглых скобках.

Элементы одномерного массива вводятся поэлемен¬тно, в порядке, необходимом для решения конкретной задачи. При необходимости ввода всего массива элементы вводятся в порядке возрастания индексов.

3.2.1 Простые и структурированные типы данных. Структуры данных - записи, массивы, списки.

Переменные

В ходе программирования обычно необходимо запоминать некоторое количество данных (промежуточные результаты, произошедшие события, входные данные, выходные данные и т.д.). Эти значения приходится держать в памяти. Для этого объявляется место в памяти, которое используется для хранения данных и это объявленное место называется переменной. Поскольку данные, которые хранятся, могут быть самыми разными, то при объявлении переменной, объявляется и тип данных, которые будут храниться в этой переменной (тип переменной).

Простые типы

У переменной простого типа под ключевым словом скрывается одно значение (зачастую читаемое как число) и к нему есть прямой доступ. Наиболее известные простые типы это: целое число со знаком, целое число без знака, дробное число (с запятой), символ, логическое значение. В различных языках они могут немного отличаться.

Структурированные типы

В случае структурированных типов под одним ключевым словом группируются несколько совместных значений, таких например как координаты точки или имя и фамилия человека. В таком виде набор данных разом легче передавать. В то же время использовать или изменять данные внутри структуры приходиться по одному.

Массивы

Массив это набор данных одинакового типа, у которых одно имя и которые отделяются друг от друга при помощи индекса. Массивы значительно облегчают обработку однотипных данных. Простота обработки является результатом того, что в ходе выполнения программы можно просто менять индекс и таким образом проще обращаться к необходимой переменной. Получение значения переменной из массива при помощи порядкового номера является для компьютера довольно быстрой задачей.

Массивы могут быть одномерными (ряд, строка), двумерными(таблица, матрица), трёхмерными(куб) и т.д.

Пример (С#, Java)

int mass = newint; //создаётся массив для хранения десяти целых чисел

mass=1; //по индексу 0 записывается значение 1

Дополнительное чтение: http://enos.itcollege.ee/~jpoial/java/i200loeng4.html

Записи

Для хранения данных разных типов, которые вместе образуют некий связанный набор, используются записи. Например, запись человека формируется из следующих данных: имя(текст), фамилия(текст), пол(логическое значение, 0 - женщина, 1 - мужчина), вес(дробное число). Эти данные образуют одно целое при описании одного человека, однако, сами по себе очень разных типов.

Пример (C#)

structinimene {

publicstring eesnimi;

publicstring perenimi;

publicbool sex;

publicfloat weight;

С помощью этой записи мы можем создать переменную kasutaja(пользователь) и присвоить пользователю значения имени, фамилии, пола и веса:

inimene kasutaja;

kasutaja.eesnimi = "Jaan";

kasutaja.perenimi = "Mets";

kasutaja.sex = 1;

kasutaja.weight = 80.0;

Списки и деревья

В настоящее время часто для хранения данных используются списки (англ. List). Если каждый элемент списка указывает на следующий за ним элемент, то это связанный список, конец такого списка обозначается пустым элементом (null). Связанный список, где каждый элемент указывает только на следующий за ним, называется однонаправленным списком. Связанный список, где каждый элемент указывает на следующий и предыдущий элементы, называется двунаправленным. Связанный список, где отсутствуют первый и последний элементы, и каждый элемент указывает на следующий, называется кольцевым списком. Длина связанного списка определяется количеством его элементов. Первый элемент списка это голова (англ. Head) и остальные элементы - хвост (англ. Tail).

Стек (англ. Stack) это связанный список, в котором элемент добавленный последним - читается первым(англ. LIFO - Last In First Out (последним вошёл первым вышел)).

Очередь (англ. Queue) это связанный список, в котором элемент, добавленный первым - читается первым (англ. FIFO - First In First Out(первым вошёл, первым вышел)).

Дополнительное чтение: http://www.cs.tlu.ee/~inga/alg_andm/linked_list_C_2011.pdf

Дерево - это стрктура данных, в которой данные размещаются в виде дерева, состоит из вершин (англ. Node) и дуг (англ. Edges), которые соединяют вершины (указатели). Вершины, которые соединены дугами с вершиной расположенной выше называются детьми (англ. Childs), а расположенная выше вершина в этом случае является родителем (англ. Parent). Самая верхняя вершина - это корень (англ. Root). Вершину, у которой нет детей, называют листом (англ. Leaf).

Двигаясь от вершины к родителю, а оттуда к следующему родителю и т.д. достигаем корня. Предками называются все вершины находящиеся на пути от рассматриваемой вершины до корня. Высота дерева (англ. tree height) определяется самым длинным путём от листа к корню.

В случае упорядоченного дерева, корень и соединённые непосредственно с ним вершины определены, как вершины первого уровня (англ. First level nodes)(дети корня), а вершины соединённые напрямую с вершинами первого уровня - это вершины второго уровня (дети вершин первого уровня) и т.д.; также важным считается порядок детей слева на право.

Дополнительное чтение: http://www.cs.tlu.ee/~inga/alg_andm/tree_gen_2011.pdf

Двоичное дерево - это такое дерево, в котором у каждого родителя может быть один ребёнок, два ребёнка или совсем не быть детей и порядок детей важен.

Двоичное дерево поиска (англ. Binary search tree) - это двоичное дерево, которое упорядочено. Слева от вершины всегда находиться число меньшего размера и справа всегда большего.

При поиске по такому дереву искомое значение сравнивается с корнем и если искомое равно корню, то оно существует и найдено. Если искомое значение не равно корню, то операция сравнения продолжается дальше, соответственно сравнивая искомое с набором вершин, находящихся справа или слева до тех пор, пока не доходят до листьев. Если искомое значение равно значению одной из вершин, то искомый элемент найден и существует, однако если такой вершины не найдётся, то искомого элемента в данном дереве не существует. Такой способ поиска в разы быстрее, чем полный обход массива или связанного списка.

Б-дерево (англ. B tree) это дерево поиска, в котором количество детей у каждой вершины находится в промежутке от (t-1) до (2t-1), где t - это любая константа.

Б*-дерево - это Б-дерево, в котором вершины заполняются на 2/3, вначале заполняя две дочерние вершины путём перераспределения ключей и разбивая их после этого на 3 вершины.

За счёт этого Б-дерево позволяет сохранять глубину дерева меньше чем у бинарного дерева. Ограничивая заполнение, также есть возможность на промежуточных уровнях удерживать объем используемой памяти в чётко определённых пределах и в то же время можно сразу добавлять данные в подходящее место.

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Структурированные типы данных
Рубрика (тематическая категория)	Программирование

Данные структурированного типа состоят из данных других типов. Переменные этих типов могут в каждый момент времени иметь только одно значение. К данным структурированного типа относятся:

o Строки;

o Массивы;

o Множества;

o Записи;

o Файлы;

o Классы.

Строки (строковые типы) : представлены тремя физическими и одним общим типами.

Данные типа ShortString представляют из себястроку, которая фактически является массивом из 256 элементов – array . Нулевой байт этого массива указывает длину строки. Строка - ϶ᴛᴏ последовательность символов кодовой таблицы.

Данные типов AnsiString и Wide String представляют из себядинамичсекие массивы, максимальная длина которых фактически ограничена размером основной памяти компьютера. Данные типа AnsiString м кодируются в коде ANSI , а типа Wide String – в коде Unicode .

Общим является тип String , который может соответствовать типу ShortString илиAnsiString , что определяется директивой компилятора $H .

Так как строки фактически являются массивами, то для обращения к отдельному символу строки можно указать название строковой переменной и номер (позицию) этого символа в квадратных скобках.

Формат описания строкового типа:

Type <имя типа> = string [ max длина строки];

Иначе: var <имя переменной, ... >: string [ max длина строки];

В случае если значение максимально допустимой длины строки не указано, по умолчанию длина 255 символов. При использовании в выражениях строка состоит в апострофы. Строковые данные можно использовать в качестве констант. Недопустимо использование строковых переменных в качестве селœектора в операторе Case .

Пример: const Adres = ’ul. Korolenco, 5’;

type Stroka = string;

var Str: Stroka; St1: string; St2, St3: string;

Массивы : массив - ϶ᴛᴏ упорядоченная индексированная совокупность однотипных элементов, имеющих общее имя. Элементами массивов бывают данные любого типа, включая структурные. Каждый элемент массива однозначно определяется именем массива и индексом (номером этого элемента в массиве) или индексами, в случае если массив многомерный. Для обращения к отдельному элементу массива указывают имя этого массива и номер (номера) элемента͵ заключенный в квадратные скобки, к примеру, arr1 или arr2.

Количество индексных позиций определяет размерность массив (одномерный, двумерный и т.д.), при этом размерность массива не ограничивается. В математике аналогом одномерного массива является вектор, а двумерного массива – матрица. Индексы элементов массива должны принадлежать порядковому типу.

Различают массивы статические и динамические . Статический массив представляет собой массив, границы индексов и, соответственно, размеры которого задаются при объявлении, ᴛ.ᴇ. они известны до компиляции программы. Формат описания типа статического массива:

Type <имя типа> = Аггау [<тип индексов>] of <тип элементов >;

Иначе: var <имя переменной, ...>: Аггау [<тип индексов>] of <тип элементов >;

Пример.
Размещено на реф.рф
type Matrix = a ггау of integer;

Znak = array of char;

Day =(Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat, Sun);

var m1, m2: Matrix; a: Znak;

Week: array of Day; r: array of real;

Динамический массив представляет собой массив, для которого при объявлении указывается только тип его элементов, а размер массива определяете при выполнении программы. Формат описания типа динамического массива:

Type <имя типа> = Аггау of <тип элементов >;

Задание размера динамического массива во время выполнения программы производится процедурой SetLength (var S; NewLength:integer ), которая для динамического массива S устанавливает новый размер, равный NewLength . Выполнять операции с динамическим массивом и его элементами можно только после задания размеров этого массива.

После задания размера динамического массива для определœения его длины, минимального и максимального номеров элементов используются функции Length(), Low() и High() соответственно. Нумерация элементов динамиче­ского массива начинается с нуля, в связи с этим функция Low() для него всœегда возвращает значение ноль.

Пример.
Размещено на реф.рф
Var n: integer;

m: array of real;

SetLength(m, 100);

for n:=0 to 99 do m[n]:=n;

SetLength (m , 200);

После описания динамического массива, состоящего из вещественных чи­сел, определяется размер этого массива, равный 100 элементам. Каждому элементу присваивается значение, равное его номеру в массиве. Так как ну­мерация элементов массива начинается с нуля, то номер последнего из них равен не 100, а 99. После цикла размер массива увеличивается до двухсот.

Для описания типа многомерного динамического массива (к примеру, дву­мерного) используется конструкция:

Type <имя типа> = Аггау of Аггау of <тип элементов >;

Действия над массивом обычно выполняются поэлементно, в т.ч. операции ввода и вывода. Поэлементная обработка массивов производится, как правило, с использованием циклов. Массив в целом (как единый объ­ект) может участвовать только в операциях отношения и в операторе при­сваивания, при этом массивы должны быть полностью идентичными по структуре, то есть иметь индексы одинаковых типов и элементы одинаковых типов.

Множества: множество представляет собой совокупность элементов, выбранных из пред­определœенного набора значений. Все элементы множества имеют порядко­вый тип; количество элементов множества не может превышать 256. Формат, описания множественного типа:

Type <имя типа> = Set of <тип элементов >;

Переменная множественного типа может содержать от нуля до максимального числа элементов своего множества. Значения множественного типа заключаются в квадратные скобки. Пустое множество обозначается . Операции, допустимые над множествами, приведены в таблице.

Вместе с тем, имеется операция in (проверка членства), которая определяет принадлежность выражения порядкового типа (первого операнда) множест­ву (второму операнду). Результат операции будет типа boolean и иметь зна­чение True в случае соблюдения принадлежности значения множеству.

Записи : записи объединяют фиксированное число элементов данных других типов. Отдельные элементы записи имеют имена и называютсяполями . Имя поля должно быть уникальным в пределах записи. Различают фиксированные и вариантные записи . Фиксированная запись состоит из конечного числа полей, ее объявление имеет следующий формат:

Type <имя типа> = record ;

<имя поля­_1>: <Тип поля>;

<имя поля_ n >: <Тип поля>;

Вариантная запись , так же как и фиксированная, имеет конечное число по­лей, однако предоставляет возможность по-разному интерпретировать об­ласти памяти, занимаемые полями. Все варианты записи располагаются в одном месте памяти и позволяют обращаться к ним по различным именам. Отметим, что термин ʼʼвариантная записьʼʼ не имеет ничего общего с терми­ном ʼʼвариантный типʼʼ (variant ). Формат объявления вариантной записи:

Type <имя типа> = record ;

Case <Признак>: <Тип признака> of ;

<вариант_1>: (<описание варианта_1>)

<вариант_ n >: (<описание варианта_ n >);

Для обращения к конкретному полю крайне важно указывать имя записи и имя поля, разделœенные точкой. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, имя поля является состав­ным. С полем можно выполнять те же операции, что и с переменной этого типа.

Пример.
Размещено на реф.рф
var Man: record;

Man.Name:=’Ivanov M.A.’;

Man .Salary:=5000;

Переменная Man - фиксированная запись, которая содержит поля имени (Name), оклада (Salary) и примечания (Note), причем каждое поле имеет свой тип.

Файлы : Файл представляет собой имеющую имя последовательность однотипных элементов, размещенных на внешнем устройстве, чаще всœего, на диске. Файл имеет много общего с одномерным динамическим массивом, но размещает­ся не в оперативной, а во внешней памяти, и не требует предварительного указания размера.

Для выполнения операций с конкретным файлом, размещенным на диске, в программе обычно используется так называемая файловая переменная (логический файл). Файловая переменная после ее описания связывается с некоторым файлом, благодаря чему операции, выполняемые над ней, при­водят к соответствующим изменениям в данном файле. После завершения всœех операций связь между файловой переменной и файлом разрывается. Теперь файловую переменную можно связать с другим файлом этого же типа.

Учитывая зависимость оттипа элементов различают текстовые, типизированные и нетипизированные файлы . Текстовый файл содержит строки символов пе­ременной длины, типизированный файл составляют элементы указанного типа (кроме файлового), внетипизированном файле находятся элементы, тип которых не указан. Описание файловой переменной, предназначенной для работы с файлом, должно соответствовать типу элементов файла.

Пример.
Размещено на реф.рф
var f1: TextFile;

f2: File of integer;

f3: File of real;

здесь переменная f1 предназначена для работы с тек­стовыми файлами, переменные f2 и f3 – с типизированными файлами, со­держащими целые и вещественные числа, соответственно, а переменная f4 – с нетипизированными файлами.

Структурированные типы данных - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Структурированные типы данных" 2017, 2018.

Структурированные типы характеризуются множественностью образующих этот тип элементов, т.е. имеют несколько компонентов. Каждый компонент, в свою очередь может принадлежать структурированному типу, т.е. допускается вложенность типов.

Массивы представляют собой формальное объединение нескольких однотипных объектов (чисел, символов, строк и т.п.), рассматриваемое как единое целое. Все компоненты массива – это данные одного типа.

Общий вид определения массива:

Type A = array [тип индекса массива] of [тип компонент массива]

Например, М1=array of real;

Строки – это массив символов, но количество символов в строке может меняться. Строка трактуется как цепочка символов произвольной длины. Максимальное количество символов не более 255. Каждый символ в строке имеет свой индекс (номер).

Запись – это структура данных, состоящая из фиксированного числа компонентов, называемых полями записи. В отличие от массива, компоненты записи (поля) могут быть различного типа. Записи позволяют объединять значения различных типов.

Month: (Jan, Feb, Mar, Apr, May, Jun, July, Aug, Sept, Oct, Nov, Dec);

Year: 2000..2050;

Множества – это наборы однотипных, логически связанных друг с другом объектов. Количество элементов, входящих в множество может меняться от 0 до 256. Именно непостоянством своих элементов множества отличаются от массивов и записей.

Digits = Set of 1..5;

Файл – именованная область внешней памяти. Файл содержит компоненты одного типа, кроме файлов (т.е. нельзя создать «файл файлов»). Длина файла не оговаривается и ограничивается только ёмкостью устройств внешней памяти.

F: File of Integer;

Более подробно со структурированными типами ознакомимся при дальнейшем изучении языка.

1. Указатель (ссылочный тип)

Cодержит адрес байта памяти, в котором находится значение данных определённого типа. Этот тип называют также ссылочным. Для описания используется символ ^ и идентификатор типа. Например, P=^integer;

Использование указателей является гибким средством управления динамической памятью и предоставляет возможность обработки массивов данных большой размерности.

1. Константы

Константой называют величину, значение которой не меняется в процессе выполнения программы.

Числовые константы служат для записи чисел. Различают следующие их виды:

Целые числа: записываются со знаком + или -, или без знака, по обычным арифметическим правилам: -10 +5 5

Вещественные числа могут записываться в одной из двух форм:

обычная запись : 2.5 -3.14 2. - обратите внимание, что целая часть отделяется от дробной символом точки;

экспоненциальная форма: в этой записи вещественное число представляется в виде m*10 p , где m – мантисса или основание числа, 0.1≤|m|≤1, p – порядок числа, это целочисленная константа. Действительно, любое вещественное число можно представить в экспоненциальной форме:

153.5 -0.1535*10 3

99.005 0.99005*10 2

Во всех IBM-совместимых компьютерах вещественные числа хранятся как совокупность мантиссы и порядка, что позволяет упростить операции над ними, используя специальную арифметику, отдельно обрабатывающую мантиссу и порядок. Для программной записи числа в экспоненциальной форме вместо "умножить на 10 в степени" используется обозначение E или e (латинская):

153.5 -0.1535*10 3 -0.1535E3 или -1.535E02

99.005 0.99005*10 2 0.99005E+2 или 9.9005e+01

Без принятия специальных мер программа на Паскале будет выводить на экран и принтер вещественные числа именно в такой форме. Кроме того, такая форма удобна для записи очень маленьких и очень больших чисел:

Поскольку размер памяти, отводимой под мантиссу и порядок, ограничен, то вещественные числа всегда представляются в памяти компьютера с некоторой погрешностью . Например, простейшая вещественная дробь 2/3 дает в десятичном представлении 0,666666... и, независимо от размера памяти, выделяемой для хранения числа, невозможно хранить все его знаки в дробной части. Одной из типичных проблем программирования является учет возможных погрешностей при работе с вещественными числами.

Шестнадцатеричные числа состоит из шестнадцатеричных цифр, которым предшествует знак $. Диапазон шестнадцатеричных чисел – от $00000000 до $FFFFFFFF.

Кроме числовых констант существуют и другие их виды:

Логические константы.

Служат для проверки истинности или ложности некоторых условий в программе и могут принимать только одно из двух значений : служебное слово true обозначает истину, а false – ложь;

Символьные константы.

Могут принимать значение любого печатаемого символа и записываются как символ, заключенный в апострофы ("одинарные кавычки"):

В последнем случае значение символьной константы равно символу пробела. Если требуется записать сам символ апострофа как символьную константу, внутри внешних апострофов он удваивается: """"

К символьным также относятся константы вида #X, где X – числовое значение от 0 до 255 включительно, представляющее собой десятичный ASCII -код символа. Таблицы ASCII-кодов, используемых операционными системами DOS и Windows, приведены в Приложении 1. Например, значение #65 будет соответствовать коду символа "A" латинской.

Строковые константы.

Это любые последовательности символов, заключенных в апострофы. Как правило, строковые константы служат для записи приглашений к вводу данных, выдаваемых программой, вывода диагностических сообщений и т.п.:

"Введите значение X:"

Если в строковой константе необходимо записать сам символ апострофа, это делается так же, как для символьных констант.

Константы в Турбо Паскале могут быть именованными. Неименованные константы используются, например, при выводе текста сообщений в предыдущем примере. Именованные константы описываются в разделе описаний программы оператором следующего вида:

const Имя1=Значение1;

Имя2=Значение2;

ИмяN=ЗначениеN;

Здесь ключевое слово const показывает начало раздела описаний именованных констант. Ясно, что зачастую удобнее обращаться к константе по имени, чем каждый раз переписывать ее числовое или строковое значение. Пример раздела констант:

const e=2.7182818285;

lang="Turbo Pascal 7.1";

Здесь описана числовая константа e со значением основания натурального логарифма и строковая константа с именем lang, содержащая строку "Turbo Pascal 7.1".

Каждое даваемое программистом имя должно быть уникальным в пределах одной программы. Если мы включим этот раздел в свою программу, мы уже не сможем создать в ней других объектов с именами e и lang.