Федеральное агентство по образованию
Реферат
«ТИПЫ ДАННЫХ В ПАСКАЛЕ»
2008
1. Типы данных
Любые данные, т.е. константы, переменные, свойства, значения функций или выражения характеризуются своими типами. Тип определяет множество допустимых значений, которые может иметь тот или иной объект, а также множество допустимых операций, которые применимы к нему. Кроме того, тип определяет также и формат внутреннего представления данных в памяти ПК.
Вообще язык Object Pascal характеризуется разветвленной структурой типов данных (рис. 1.1).
В языке предусмотрен механизм создания новых типов, благодаря чему общее количество используемых в программе типов может быть сколь угодно большим.
Обрабатываемые в программе данные подразделяются на переменные, константы и литералы:
Константы
Переменные
Литерал
Тип определяет множество значений, которые могут принимать элементы данных, и совокупность допустимых над ними операций.
В этой и четырех последующих главах приводится подробное описание всех типов.
1.1 Простые типы
К простым типам относятся порядковые, вещественные типы и тип дата-время.
Порядковые типы, Вещественные типы
Тип дата-время
1.1.1 Порядковые типы
К порядковым типам относятся (см. рис. 1.1) целые, логические, символьный, перечисляемый и тип-диапазон. К любому из них применима функция Ord(x), которая возвращает порядковый номер значения выражения X.
Рис. 1.1 — Структура типов данных
Для целых типов функция ord(x) возвращает само значение х, т. е. Ord(X) = х для х, принадлежащего любому целому типу. Применение Ord(x) к логическому , символьному и перечисляемому типам дает положительное целое число в диапазоне от 0 до 1 (логический тип ), от 0 до 255 (символьный ), от 0 до 65535 (перечисляемый ).
Тип-диапазон сохраняет все свойства базового порядкового типа, поэтому результат применения к нему функции ord(х) зависит от свойств этого типа.
К порядковым типам можно также применять функции:
pred(x) — возвращает предыдущее значение порядкового типа (значение, которое соответствует порядковому номеру ord (х) -1, т. е. оrd(рred(х)) = оrd(х) — 1;
Понятие множества. Символьный тип
... 7.0 для работы с символами используются два типа переменных: символьный тип данных; строковый тип данных. Стандартные функции для работы с символьными величинами: Операция сложения символьных величин. Операция сложения позволяет строить из двух ...
succ (х) — возвращает следующее значение порядкового типа, которое соответствует порядковому номеру ord (х) +1, т. е. оrd(Succ(х)) = оrd(х) + 1.
Например, если в программе определена переменная
var
с : Char;
begin
с := ‘5’;
- end;
- то функция PRED(с) вернет символ ‘4’, а функция SUCC(с) — символ ‘6’.
Если представить себе любой порядковый тип как упорядоченное множество значений, возрастающих слева направо и занимающих на числовой оси некоторый отрезок, то функция pred(x) не определена для левого, a succ (х) — для правого конца этого отрезка.
Целые типы
Таблица 1.1 — Целые типы
| Название | Длина, байт | Диапазон значений |
| Cardinal | 4 | 0. .. 2 147 483 647 |
| Byte | 1 | 0…255 |
| Shortint | 1 | -128…+127 |
| Smallint | 2 | -32 768…+32 767 |
| Word | 2 | 0…65 535 |
| Integer | 4 | -2 147 483 648…+2 147 483 647 |
| Longint | 4 | -2 147 483 648…+2 147 483 647 |
| Int64 | 8 | -9*1018…+9*1018 |
| LongWord | 4 | 0. . .4 294 967 295 |
Типы LongWord и Int64 впервые введены в версии 4, а типы Smallint и Cardinal отсутствуют в Delphi 1. Тип integer для этой версии занимает 2 байта и имеет диапазон значений от -32768 до +32767, т. е. совпадает с Smallint .
При использовании процедур и функций с целочисленными параметрами следует руководствоваться “вложенностью” типов, т.е. везде, где может использоваться word , допускается использование Byte (но не наоборот), в Longint “входит” Smallint , который, в свою очередь, включает в себя Shortint .
Перечень процедур и функций, применимых к целочисленным типам, приведен в табл. 1.2. Буквами b, s, w, i, l обозначены выражения соответственно типа Byte , Shortint, Word, Integer и Longint ,
х — выражение любого из этих типов; буквы vb, vs, vw, vi, vl, vx обозначают переменные соответствующих типов. В квадратных скобках указывается необязательный параметр.
Таблица 1.2 — Стандартные процедуры и функции, применимые к целым типам
| Обращение | Тип результата | Действие |
| abs (x) | x | Возвращает модуль x |
| chr(b) | Char | Возвращает символ по его коду |
| dec (vx [, i] ) | — | Уменьшает значение vx на i, а при отсутствии i — на 1 |
| inc(vx[,i]) | — | Увеличивает значение vx на i, а при отсутствии i -на 1 |
| Hi(w) | Byte | Возвращает старший бант аргумента |
| Hi(I) | То же | Возвращает третий по счету байт |
| Lo(i) | “ | Возвращает младший байт аргумента |
| Lo(w) | “ | То же |
| odd(l) | Boolean | Возвращает True, если аргумент-нечетное число |
| Random(w) | Как у параметра | Возвращает псевдослучайное число, равномерно распределенное в диапазоне 0…(w-l) |
| sqr(x) | X | Возвращает квадрат аргумента |
| swap(i) | Integer | Меняет местами байты в слове |
| swap (w) | Word | Тоже |
При действиях с целыми числами тип результата будет соответствовать типу операндов, а если операнды относятся к различным целым типам — общему типу, который включает в себя оба операнда. Например, при действиях с shortint и word общим будет тип integer . В стандартной настройке компилятор Delphi не вырабатывает код, осуществляющий контроль за возможной проверкой выхода значения из допустимого диапазона, что может привести к недоразумениям.
Boolean, ByteBool, Bool, wordBool
Поскольку логический тип относится к порядковым типам, его можно использовать в операторе цикла счетного типа. В Delphi 32 для Boolean значение
Bool, WordBool
Ord (True) = -1, поэтому такого рода операторы следует использовать с осторожностью! Например, для версии Delphi 6 исполняемый оператор showMessage (‘ — ‘) в следующем цикле for не будет выполнен ни разу:
var
L: Bool;
- k: Integer;
begin
for L:= False to True do
ShowMessage (‘—);
- end;
Если заменить тип параметра цикла L в предыдущем примере на Boolean , цикл будет работать и сообщение дважды появится на экране. [Для Delphi версии 1 и 2 ord (True) =+1 для любого логического типа.]
Символьный тип
Для кодировки в Windows используется код ANSI (назван по имени American National Standard Institute — американского института стандартизации, предложившего этот код).
Первая половина символов ПК с кодами 0… 127 соответствует таблице 1.3. Вторая половина символов с кодами 128…255 меняется для различных шрифтов. Стандартные Windows-шрифты Arial Cyr, Courier New Cyr и Times New Roman для представления символов кириллицы (без букв “ё” и “Ё”) используют последние 64 кода (от 192 до 256): “А”… “Я” кодируются значениями 192..223, “а”… “я” — 224…255. Символы “Ё” и “ё” имеют соответственно коды 168 и 184.
Таблица 1.3 — Кодировка символов в соответствии со стандартом ANSI
| Код | Символ | Код. | Символ | Код. | Символ | Код | Символ |
| 0 | NUL | 32 | BL | 64 | @ | 96 | ‘ |
| 1 | ЗОН | 33 | ! | 65 | А | 97 | а |
| 2 | STX | 34 | “ | 66 | В | 98 | b |
| 3 | ЕТХ | 35 | # | 67 | С | 99 | с |
| 4 | EOT | 36 | $ | 68 | D | 100 | d |
| 5 | ENQ | 37 | % | 69 | Е | 101 | е |
| 6 | ACK | 38 | & | 70 | F | 102 | f |
| 7 | BEL | 39 | ‘ | 71 | G | 103 | д |
| 8′ | BS | 40 | ( | 72 | Н | 104 | h |
| 9 | HT | 41 | ) | 73 | I | 105 | i |
| 10 | LF | 42 | * | 74 | J | 106 | j |
| 11 | VT | 43 | + | 75 | К | 107 | k |
| 12 | FF | 44 | F | 76 | L | 108 | 1 |
| 13 | CR | 45 | — | 77 | М | 109 | m |
| 14 | SO | 46 | 78 | N | 110 | n | |
| 15 | SI | 47 | / | 79 | 0 | 111 | о |
| 16 | DEL | 48 | 0 | 80 | Р | 112 | P |
| 17 | DC1 | 49 | 1 | 81 | Q | 113 | q |
| 18 | DC2 | 50 | 2 | 82 | R | 114 | r |
| 19 | DC3 | 51 | 3 | 83 | S | 115 | s |
| 20 | DC 4 | 52 | 4 | 84 | Т | 116 | t |
| 21 | NAK | 53 | 5 | 85 | U | 117 | u |
| 22 | SYN | 54 | 6 | 86 | V | 118 | v |
| 23 | ETB | 55 | 7 | 87 | W | 119 | W |
| 24 | CAN | 56 | 8 | 88 | х | 120 | x |
| 25 | EM | 57 | 9 | 89 | Y | 121 | У |
| 26 | SUB | 58 | : | 90 | Z | .122 | z |
| 27 | ESC | 59 | ; | 91 | t | 123 | { |
| 28 | FS | 60 | < | 92 | \ | 124 | 1 |
| 29 | GS | 61 | = | 93 | ] | 125 | } |
| 30 | RS | 62 | > | 94 | Л | 126 | ~ |
| 31 | US | 63 | F | 95 | 127 | r |
Символы с кодами 0…31 относятся к служебным кодам. Если эти коды используются в символьном тексте программы, они считаются пробелами.
К типу char применимы операции отношения, а также встроенные функции:
Сhаr (в) — функция типа char ; преобразует выражение в типа Byte в символ и возвращает его своим значением;
UpCase(CH)
Перечисляемый тип
type
colors = (red, white, blue);
- Применение перечисляемых типов делает программы нагляднее.
Соответствие между значениями перечисляемого типа и порядковыми номерами этих значений устанавливается порядком перечисления: первое значение в списке получает порядковый номер 0, второе — 1 и т. д. Максимальная мощность перечисляемого типа составляет 65536 значений, поэтому фактически перечисляемый тип задает некоторое подмножество целого типа word и может рассматриваться как компактное объявление сразу группы целочисленных констант со значениями 0, 1 и т. д.
Использование перечисляемых типов повышает надежность программ благодаря возможности контроля тех значений, которые получают соответствующие переменные. В Object Pascal допускается обратное преобразование: любое выражение типа Word можно преобразовать в значение перечисляемого типа, если только значение целочисленного выражения не превышает мощности этого типа. Такое преобразование достигается применением автоматически объявляемой функции с именем перечисляемого типа.
Тип-диапазон
Тип-диапазон задается границами своих значений внутри базового типа:
- <мин.знач.>..<макс.знач.>
- Здесь <мин. знач. >
- минимальное значение типа-диапазона;
- <макс. знач. >
- максимальное его значение.
Тип-диапазон не обязательно описывать в разделе type, а можно указывать непосредственно при объявлении переменной.
При определении типа-диапазона нужно руководствоваться следующими правилами:
- два символа “..” рассматриваются как один символ, поэтому между ними недопустимы пробелы;
- левая граница диапазона не должна превышать его правую границу.
Тип-диапазон наследует все свойства своего базового типа, но с ограничениями, связанными с его меньшей мощностью. В частности, если определена переменная.
В стандартную библиотеку Object Pascal включены две функции, поддерживающие работу с типами-диапазонами:
High(х) — возвращает максимальное значение типа-диапазона, к которому принадлежит переменная х;
Low (х) — возвращает минимальное значение типа-диапазона.
1.1.2 Вещественные типы
В отличие от порядковых типов, значения которых всегда сопоставляются с рядом целых чисел и, следовательно, представляются в ПК абсолютно точно, значения вещественных типов определяют произвольное число лишь с некоторой конечной точностью, зависящей от внутреннего формата вещественного числа.
Таблица 1.4 — Вещественные типы
| Длина, байт | Название | Количество значащих цифр | Диапазон значений |
|
8 4 8 10 8 8 |
Real Single Double Extended Comp Currency |
15…16 7…8 15…16 19…20 19…20 19…20 |
5.0*10e-324…1.7*10e308 1.5*10e-45…3.4*10e38 5.0*10e324…1.7*10e308 3.4*10-4951…1.1*10e4932 -2e63…+2e63-1 +/-922 337 203 685477,5807 |
В предыдущих версиях Delphi 1…3 тип Real занимал 6 байт и имел диапазон значений от 2,9*10-39 до 1,7*1038. В версиях 4 и 5 этот тип эквивалентен типу Double . Если требуется (в целях совместимости) использовать 6-байтных Real , нужно указать директиву компилятора {SREALCOMPATIBILITY ON}.
Как видно из табл. 1.4, вещественное число в Object Pascal занимает от 4 до 10 смежных байт и имеет следующую структуру в памяти ПК.
Здесь s — знаковый разряд числа; е — экспоненциальная часть; содержит двоичный порядок; m — мантисса числа.
Мантисса m имеет длину от 23 (для single ) до 63 (для Extended ) двоичных разрядов, что и обеспечивает точность 7…8 для single и 19…20 для Extended десятичных цифр. Десятичная точка (запятая) подразумевается перед левым (старшим) разрядом мантиссы, но при действиях с числом ее положение сдвигается влево или вправо в соответствии с двоичным порядком числа, хранящимся в экспоненциальной части, поэтому действия над вещественными числами называют арифметикой с плавающей точкой (запятой).
Отметим, что арифметический сопроцессор всегда обрабатывает числа в формате Extended , а три других вещественных типа в этом случае получаются простым усечением результатов до нужных размеров и применяются в основном для экономии памяти.
Особое положение в Object Pascal занимают типы comp и Currency , которые трактуются как вещественные числа с дробными частями фиксированной длины: в comp дробная часть имеет длину 0 разрядов, т. е. просто отсутствует, в currency длина дробной части -4 десятичных разряда. Фактически оба типа определяют большое целое число со знаком, сохраняющее 19…20 значащих десятичных цифр (во внутреннем представлении они занимают 8 смежных байт).
В то же время в выражениях comp и currency полностью совместимы с любыми другими вещественными типами: над ними определены все вещественные операции, они могут использоваться как аргументы математических функций и т. д. Наиболее подходящей областью применения этих типов являются бухгалтерские расчеты.
1.1.3 Тип дата-время
TDateTime
TDateTime
TDateTime
1.2 Структурированные типы
Любой из структурированных типов (а в Object Pascal их четыре: массивы, записи, множества и файлы) характеризуется множественностью образующих этот тип элементов. Каждый элемент, в свою очередь, может принадлежать структурированному типу, что позволяет говорить о возможной вложенности типов. В Object Pascal допускается произвольная глубина вложенности типов, однако суммарная длина любого из них во внутреннем представлении не должна превышать 2 Гбайт [16-разрядные версии операционной системы Windows З.х используют так называемую “сегментную” модель памяти, поэтому в Delphi 1 любой структурированный тип не может занимать более одного сегмента (65536 байт)].
В целях совместимости со стандартным Паскалем в Object Pascal разрешается перед описанием структурированного типа ставить зарезервированное слово packed , предписывающее компилятору по возможности экономить память, отводимую под объекты структурированного типа; но компилятор фактически игнорирует это указание: “упаковка” данных в Object Pascal осуществляется автоматачески везде, где это возможно.
1.2.1 Массивы
Массивы в Object Pascal во многом схожи с аналогичными типами данных в других языках программирования. Отличительная особенность массивов заключается в том, что все их компоненты суть данные одного типа (возможно, структурированного).
Эти компоненты можно легко упорядочить и обеспечить доступ к любому из них простым указанием его порядкового номера.
Описание типа массива задается следующим образом:
- <имя типа>
- = array [ <сп.инд.типов>
- ] of <тип>;
array, of
В качестве индексных типов в Object Pascal можно использовать любые порядковые типы, имеющие мощность не более 2 Гбайт (т. е. кроме LongWord и Int64 )
Глубина вложенности структурированных типов вообще, а, следовательно, и массивов — произвольная, поэтому количество элементов в списке индексных типов (размерность массива) не ограничено, однако суммарная длина внутреннего представления любого массива не может быть больше 2 Гбайт. В памяти ПК элементы массива следуют друг за другом так, что при переходе от младших адресов к старшим наиболее быстро меняется самый правый индекс массива.
В Object Pascal можно одним оператором присваивания передать все элементы одного массива другому массиву того же типа.
1.2.2 Записи
Запись
Структура объявления типа записи такова:
- <имятипа>
- = record <сп.полей>
- end;
record/ end
Каждый раздел записи состоит из одного или нескольких идентификаторов полей, отделяемых друг от друга запятыми.
case … of
Имена полей должны быть уникальными в пределах той записи, где они объявлены, однако, если записи содержат поля-записи, т. е. вложены одна в другую, имена могут повторяться на разных уровнях вложения.
1.2.3 Множества
Множества
Два множества считаются эквивалентными тогда и только тогда, когда все их элементы одинаковы, причем порядок следования элементов в множестве безразличен. Если все элементы одного множества входят также и в другое, говорят о включении первого множества во второе. Пустое множество включается в любое другое.
Описание типа множества имеет вид:
- <имя типа>
- = set of <базовый тип>;
Word, Integer, Longint, Int64
Для задания множества используется так называемый конструктор множества: список спецификаций элементов множества, отделенных друг от друга запятыми; список обрамляется квадратными скобками. Спецификациями элементов могут быть константы или выражения базового типа, а также тип-диапазон того же базового типа.
Внутреннее устройство множества таково, что каждому его элементу ставится в соответствие один двоичный разряд (один бит); если элемент включен во множество, соответствующий разряд имеет значение 1, в противном случае — 0. В то же время минимальной единицей памяти является один байт, содержащий 8 бит, поэтому компилятор выделил множествам по одному байту, и в результате мощность каждого из них стала равна 8 элементам. Максимальная мощность множества — 256 элементов. Для таких множеств компилятор выделяет по 16 смежных байт.
И еще один эксперимент: измените диапазон базового типа на 1..256. Хотя мощность этого типа составляет 256 элементов, при попытке компиляции программы компилятор сообщит об ошибке: Sets may have at most 256 elements (Множества могут иметь не более 256 элементов) т. к. нумерация элементов множества начинается с нуля независимо от объявленной в программе нижней границы. Компилятор разрешает использовать в качестве базового типа целочисленный тип-диапазон с минимальной границей 0 и максимальной 255 или любой перечисляемый тип не более чем с 256 элементами (максимальная мощность перечисляемого типа — 65536 элементов).
1.3 Строки
Для обработки текстов в Object Pascal используются следующие типы:
shortString
длинная строка string ;
WideString
нуль-терминальная строка pchar .
Общим для этих типов является то, что каждая строка трактуется как одномерный массив символов, количество символов в котором может меняться в работающей программе: для string [n] длина строки меняется от 0 до n, для string и pchar — от 0 до 2 Гбайт.
String [n]
В Windows широко используются нуль-терминальные строки, представляющие собой цепочки символов, ограниченные символом #о. Максимальная длина такой строки лимитируется только доступной памятью и может быть очень большой.
В 32-разрядных версиях Delphi введен новый тип string , сочетающий в себе удобства обоих типов. При работе с этим типом память выделяется по мере надобности (динамически) и ограничена имеющейся в распоряжении программы доступной памятью.
1.4 Указатели и динамическая память
1.4.1 Динамическая память, Динамическая память
1.4.2 Указатели
Byte, Char, ShortInt, Boolean
Как правило, указатель связывается с некоторым типом данных. Такие указатели будем называть типизированными. Для объявления типизированного указателя используется значок ^, который помещается перед соответствующим типом.
В Object Pascal можно объявлять указатель и не связывать его при этом с каким-либо конкретным типом данных. Для этого служит стандартный тип pointer , например:
var
р: Pointer;
- Указатели такого рода будем называть нетипизированньти. Поскольку нетипизированные указатели не связаны с конкретным типом, с их помощью удобно динамически размещать данные, структура и тип которых меняются в ходе работы программы.
Как уже говорилось, значениями указателей являются адреса переменных в памяти, поэтому следовало бы ожидать, что значение одного указателя можно передавать другому. На самом деле это не совсем так. В Object Pascal можно передавать значения только между указателями, связанными с одним и тем же типом данных.
1.4.3 Выделение и освобождение динамической памяти
Вся динамическая память в Object Pascal рассматривается как сплошной массив байтов, который называется кучей.
Память под любую динамически размещаемую переменную выделяется процедурой New. Параметром обращения к этой процедуре является типизированный указатель. В результате обращения указатель приобретает значение, соответствующее адресу, начиная с которого можно разместить данные. Значение, на которое указывает указатель, т. е. собственно данные, размещенные в куче, обозначаются значком ^, который ставится сразу за указателем. Если за указателем нет значка ^, то имеется в виду адрес, по которому размещены данные. Имеет смысл еще раз задуматься над только что сказанным: значением любого указателя является адрес, а чтобы указать, что речь идет не об адресе, а о тех данных, которые размещены по этому адресу, за указателем ставится ^ (иногда об этом говорят как о разыменовании указателя).
Динамически размещенные данные можно использовать в любом месте программы, где это допустимо для констант и переменных соответствующего типа
Динамическую память можно не только забирать из кучи, но и возвращать обратно. Для этого используется процедура Dispose. Например, операторы
Dispose(pJ);
- Dispose(pR);
- вернут в кучу память, которая ранее была закреплена за указателями pJ и pR (см. выше).
Замечу, что процедура Dispose (pPtr) не изменяет значения указателя pPtr, а лишь возвращает в кучу память, ранее связанную с этим указателем. Однако повторное применение процедуры к свободному указателю приведет к возникновению ошибки периода исполнения. Освободившийся указатель программист может пометить зарезервированным словом nil.
1.5 Псевдонимы типов
Для любого типа можно объявить сколько угодно псевдонимов. Например:
type
TMyInteger = Integer;
В дальнейшем псевдоним можно использовать так же, как и базовый тип:
var
Mylnt: TMyInteger;
begin
Mylnt := 2*Round(pi);
- end;
- Такого рода псевдонимы обычно используются для повышения наглядности кода программы. Однако в Object Pascal можно объявлять строго типизированные псевдонимы добавлением зарезервированного слова type перед именем базового типа:
type
TMyIntegerType = type Integer;
var
MylntVar: TMyIntegerType;
— С точки зрения компилятора, типизированные псевдонимы совместимы с базовым типом в различного рода выражениях, но фактически они объявляют новый тип данных, поэтому их нельзя использовать в качестве формальных параметров обращения к подпрограммам вместо базового типа. Если, например, объявленапроцедура
function MylntFunc(APar: integer): Integer;
begin
end;
то такое обращение к ней
MylntFunc(MylntVar)
будет расценено компилятором как ошибочное.
Строго типизированные псевдонимы заставляют компилятор вырабатывать информацию о типе для этапа прогона программы (RTTI — Run-Time Type Information).
Эта информация обычно используется средой Delphi для обеспечения функционирования разного рода редакторов.
