Разветвляющийся вычислительный процесс и условный оператор
Главное, чего недостает нашим первым программам -- гибкости и умения принимать решения. Ведь уже несложный алгоритм решения квадратного уравнения предусматривает два варианта расчета, реальные же алгоритмы могут выдавать результаты, зависящие от десятков и сотен условий.
Разветвляющийся вычислительный процесс (РВП) реализуется по одному из нескольких направлений вычисления (ветвей алгоритма). Выбор одной из ветвей зависит от истинности или ложности некоторого условия (логического выражения), включенного в состав условного оператора. Программа должна учитывать все возможные ветви вычислений. При запуске программы, в зависимости от данных, выполняется только одна из возможных ветвей.
Это первый вид условного оператора, позволяющий программе выполнить или пропустить некоторый блок вычислений. Общий вид короткого условного оператора следующий:
if логическое_выражение then оператор1;
Сначала вычисляется логическое выражение, если оно имеет значение true, то выполняется оператор1, иначе оператор1 игнорируется.
Когда после ключевых слов then или else вновь используются условные операторы, они называются вложенными. Число вложений может быть произвольно, при этом действует правило: else всегда относится к ближайшему then. Часто вложением условных операторов можно заменить использование составного.
В качестве примера рассмотрим программу для определения номера координатной четверти p, в которой находится точка с координатами (x,y). Для простоты примем, что точка не лежит на осях координат. Без использования вложений основная часть программы может иметь следующий вид:
if (x>0) and (y>0) then p:=1
else if (x<0) and (y>0) then p:=2
else if (x<0) and (y<0) then p:=3
else p:=4;
Однако использование такого количества условий представляется явно избыточным. Перепишем программу, используя тот факт, что по каждое из условий x>0, x<0 оставляет в качестве значения p только по 2 возможных четверти из 4:
if x>0 then begin
if y>0 then p:=1
else p:=4;
end
else begin
if y>0 then p:=2
else p:=3;
end;
В первом фрагменте программе проверяется от 2 до 6 условий, во втором -- всегда только 2 условия. Здесь использование вложений дало существенный выигрыш в производительности.
Циклический вычислительный процесс (ЦВП) характеризуется повторением одних и тех же вычислений над некоторым набором данных. Числом повторений цикла управляет специальная переменная, называемая его счетчиком или управляющей переменной цикла. На счетчик накладывается условие, определяющее, до каких пор следует выполнять цикл.
Повторяемый блок вычислений называют телом цикла. В теле цикла должно быть обеспечено изменение значения счетчика, чтобы он мог завершиться. Если тело цикла состоит более чем из одного оператора, оно заключается в операторные скобки begin ... end;. Однократное выполнение тела цикла называют его шагом.
Таким образом, для программирования цикла достаточно определить условие, управляющее числом его повторений и описать операторы, образующие тело цикла. С этой точки зрения, теоретически возможны всего два вида циклов -- проверка условия либо предшествует выполнению тела цикла, либо происходит после него. Изобразим эти циклы в виде блок-схем (рис. 9.1).
В цикле с предусловием сначала проверяется условие, затем, в зависимости от того, истинно оно или ложно, либо выполняется тело цикла, либо следует переход к оператору, следующему за телом цикла. После завершения тела цикла управление вновь передается на проверку условия. Естественно, предполагается, что в теле цикла было обеспечено некоторое изменение входящих в условие переменных -- в противном случае произойдет зацикливание и программа "зависнет".
Рис. 9.1. Блок-схемы циклов с предусловием и постусловием
Для цикла с постусловием сначала выполняется тело цикла, затем управление передается на проверку условия. В зависимости от истинности или ложности условия, тело цикла выполняется повторно или же происходит переход к оператору, следующему за телом цикла. Всё, сказанное о возможном зацикливании для цикла с предусловием, справедливо и для цикла с постусловием.
Исходя из приведенных блок-схем, очевидно основное различие двух циклов: цикл с постусловием гарантированно выполняется хотя бы раз, а цикл с предусловием может не выполняться ни разу, если условие сразу же окажется ложным.
В языке Паскаль реализованы оба вида циклов. Цикл с предусловием имеет следующий общий вид:
while логическое_выражение do begin
{операторы тела цикла}
end;
Работу цикла можно описать словами: "пока логическое выражение истинно, повторяется тело цикла".
Логическое выражение строится по правилам, изученным в гл. 7. Тело цикла могут образовывать любые операторы Паскаля. Если в цикле находится всего один оператор, операторные скобки, показывающие начало и конец тела цикла, можно не писать.
Общая запись цикла с постусловием следующая:
repeat
{операторы тела цикла}
until логическое_выражение;
Работает цикл с постусловием следующим образом: "тело цикла повторяется до тех пор, пока логическое выражение не станет истинным". Обратите внимание, что, в отличие от while, цикл repeat в Паскале работает, пока условие ложно. Это отличие подчеркивается использованием ключевого слова until ("до тех пор, пока не") вместо while ("до тех пор, пока"). Кроме того, в виде исключения, тело цикла repeat, даже если оно состоит из нескольких операторов, можно не заключать в операторные скобки.
Довольно часто циклы взаимозаменяемы. Представим, например, что для каждого из значений переменной x=1, 2, ... ,20, нужно выполнить некоторый расчет (математически этот закон изменения x можно записать как или ). Это можно сделать как в цикле while:
x:=1;
while x<=20 do begin
{операторы расчета}
x:=x+1;
end;
так и с помощью repeat:
x:=1;
repeat
{операторы расчета}
x:=x+1;
until x>20;
Как видно из листинга, управляющей переменной x в обоих случаях присвоено начальное значение 1, оба цикла изменяют значение x и, соответственно, условие цикла, оператором x:=x+1;, но для цикла repeat условие "перевернуто" ("пока x не станет больше 20"), а тело не заключено в операторные скобки.
Зачастую использование одного из циклов выглядит предпочтительней. Например, обработка ввода пользователя с клавиатуры удобней с помощью repeat (сначала пользователь должен нажать клавишу, затем следуют проверки и обработка).
или 
). Это можно сделать как в цикле while: