Стандартні операції для роботи з символьною інформацією.

Для роботи з символьною інформацією служить спеціальний тип змінних char. До цього типу віднесено всі 256 символів, які може відобразити на екрані ПЕОМ. Побачити довільний символ з комп’ютерного «запасу» допоможе така програма:

program demochar;

var i: byte;

ch: char;

begin

write(‘Введіть номер символу: ’); readln (i);

ch:= chr(i); { дивись нижче }

writeln(‘Під номером ’, i, ‘ міститься символ ’, ch);

readln;

end.

Наголошуємо, що не всі символи, з номерами, меншими 32 відображаються цією програмою на екрані. Їх можна відобразити, але іншими способами, які описані, зокрема, в технічній документації на мову Паскаль, куди ми і рекомендуємо звернутись зацікавленим особам.

Ми ж приведемо обіцяні функції для роботи з символьними величинами:

chr (n) – символ з порядковим номером n. Результат типу char.

ord (ch) – порядковий номер символу ch. Результат типу byte.

pred (m) – попередній символ для m.

succ (m) – наступний символ для m.

Останні дві операції визначені не тільки для типу char, але й для інших перелічених типів[2], в тому числі і для типу boolean, який розглядається в наступному параграфі.

Якщо ми в останній розглядуваній програмі зробимо зміни: будемо вводити не порядковий номер символу, а символ, а виводити будемо їх порядковий номер, то ми отримаємо найпростішу програму для визначення кодів клавіш. До цього питання ми ще повернемось трохи пізніше, а зараз звернемо увагу ще на один факт. До змінних типу char можна застосовувати операції порівняння, так як порівнюються не самі символи, а їх порядкові номери. Тобто ми можемо написати, що A<B (для латинського алфавіту).

 

Логічні операції

 

Згадаємо дитинство, дитячий садок. Мабуть майже кожен з вас у тому віці чув самий короткий анекдот: – Колобок повісився. Чому ця пара слів викликала у всіх нас веселий настрій, адже йшлося про те, що когось позбавили життя. Тому і тільки тому, що ці два слова описують подію, яка в реальному житті не можлива.

Твердження, подібні до вище згаданого, є логічними виразами, які можуть бути або істинними або хибними. Саме ці дві поняття і лежать в основі алгебри логіки, або, як її ще іноді називають: булівської алгебри. Оскільки розглядувана мова програмування є мовою високою рівня, то основні логічні операції в ній реалізовані. У відповідності з основним поняттями всі логічні вирази можуть набувати лише двох значень: true (істинно) і false (хибно). Синонімами цих слів є твердження “так” і “ні”. Оскільки вони коротші, за “істинно” і “хибно”, надалі будемо використовувати саме слова “так” і “ні”, або “true” і “false”.

Логічних значень true і false набувають твердження та їх комбінації. В той же час логічні операції можна використовувати і до операцій з числовими величинами, але в останньому випадку потрібно бути дуже обережним, оскільки результат, виданий комп’ютером, може не співпадати з очікуваним. Відбувається це лише по одній причині: результат завжди той, що і повинен бути, але початкуючі програмісти не завжди розуміють той факт, що логічні операції над чисельними змінними відбуваються на рівні бітів, а не байтів. Тому саме зараз і настав той час, коли нам з вами необхідно розібратись в способах збереження і передачі інформації в пам’яті ПЕОМ.

Найменшою одиницею інформації є біт. Значення одного біта може бути 0 або 1. Образно кажучи, оскільки ПЕОМ є абревіатурою від персональна електронно–обчислювальна машина, то і розуміє ця машина мову електричних сигналів. Є сигнал – 1, немає сигналу – 0. Вісім біт утворюють 1 байт.

По суті справи в основі довільної ПЕОМ лежить двійкова арифметика – тобто всі операції відбуваються не в звичній нам десятковій системі числення, а в двійковій системі числення. Комірки пам’яті (біти) нумеруються не зліва направо, як ми звикли, а з права наліво, починаючи з нуля. Утворений номер біта є показником степеня двійки у двійковому записі числа, що і приведено нижче.

27

26

25

24

23

22

21

20

Для кращого розуміння вищесказаного, приведемо конкретний приклад. Нехай у нас є число, що записане в двійковій формі запису у вигляді:

Для того, щоб перевести дане число з двійкової системи числення в звичну для нас десяткову необхідно у місця, де стоять одиниці, поставити відповідні степені двійки і отримані доданки додати, тобто у нашому випадку порівняння двох останніх табличок дасть такий результат:

10010011₂ = 2⁷ + 2⁴ +2¹ + 2⁰ = 128 + 16 + 2 + 1 = 147₁₀

Як бачимо, для нас труднощів у переводі машинного зображення числа у двійковій формі запису в звичну для нас десяткову систему запису не викликає. Дещо трохи складніше при переході від десяткової системи числення до не звичної для нас двійкової системи числення. Тут можна порадити використовувати простий підбір суми степенів двійки на підставі вищенаведеної таблиці, а якщо це не влаштовує вас, то приведемо алгоритм переводу число з десяткової системи числення у двійкову. Спочатку ми цей алгоритм застосуємо і зобразимо, а лише потім його опишемо. Знову ж таки, для кращого розуміння використаємо конкретний приклад. Нехай нам потрібно перевести у двійкову систему числення число 156. Ділимо в стовпчик на 2, правда, дещо порушуючи класичні правила ділення в стовпчик. Ми будемо ділити одразу “все” число (див. схему на наступній сторінці).

А тапер опишемо сам алгоритм: Ділимо дане десяткове число націло на 2 в стовпчик до тих пір, доки в частці не отримаємо 0, після цього всі остачі, отримані на кожному закінченому етапі ділення записуємо в зворотному порядку. Отримана послідовність одиниць і нулів і буде двійковим зображенням даного десяткового числа. Отриманий у частці 0 є ознакою закінчення ділення в стовпчик – про це слід обов’язково пам’ятати.

156: 2

156 78: 2

0 78 34: 2

0 34 17: 2

0 16 8: 2

1 8 4: 2

0 4 2: 2

0 2 1: 2

156₁₀ = 10001000₂ 0 0 0.! Все

Зрозуміло, що в ПЕОМ використовують крім двійкової системи числення ще й системи числення при основі 8 та 16, але розгляд цих систем числення не є метою нашого курсу, тому обмежимось лише знайомством з двійковою системою числення, оскільки вона буде потрібна нам для кращого розуміння процесу виконання комп’ютером логічних операцій, іншим же рекомендуємо звернутись до відповідної літератури.

Отже, переходимо до головного завдання даного параграфа. У мові Pascal реалізовано 4 логічні операції: not, and, or та xor. Кожна з перечислених логічних операцій має свою назву:

not – логічне “ні” (інверсія або заперечення);

and – логічне “і” (кон’юкція або логічне множення);

or – логічне “або” (диз’юнкція або логічне додавання);

xor – логічне “виключне або”;

Тут необхідно одразу внести деякі роз’яснення. Остання операція в алгебрі логіки не розглядається як окрема операція, а введена в мову програмування для досягнення певних (і дуже важливих) цілей. Не будемо зараз вдаватись до подробиць, але трохи нижче ми побачимо конкретне застосування даної операції для потреб програмування.

Перші три операції реалізовані в логічних елементах персональних комп’ютерів і більш детально вивчаються в шкільному курсі основ інформатики. Ми ж лише приведемо таблицю істинності всіх чотирьох паскалівських логічних операцій для того, щоб її можна було використовувати при програмуванні. Тим же, хто цікавиться алгеброю висловлень, ми рекомендуємо познайомитись з відповідною літературою, а для початку просто звернутись до шкільного підручника з основ інформатики.

Отже, в процесі виконання логічних операцій результат знову ж таки може набувати лише одного з двох булівських значень: true або false. Результат можна визначити згідно такої таблиці:

X	Y	not X	X and Y	X or Y	X xor Y
false	false	true	false	false	false
false	true	true	false	true	true
true	false	false	false	true	true
true	true	false	true	true	false

Таблиця 3. Таблиця істинності логічних операцій.

Словесно, цю таблицю для кожної з операцій можна сформулювати так:

n Операція not завжди змінює значення логічної змінної на протилежне.

n Операція and набуває значення true тоді і тільки тоді, коли обидві змінні, що приймають участь у висловлюванні мають значення true.

n Операція or набуває значення true у тому випадку, коли хоча б одна із логічних змінних має значення true.

n Операція xor набуває значення true при умові, що тільки одна з двох логічних змінних мала значення true.

Ще раз наголошуємо, що логічні операції над числовими змінними виконуються на бітовому рівні. Тобто, якщо нам потрібно вручну виконати операції над числовими змінними, то потрібно спочатку перевести їх у двійкову форму запису, виконати побітно необхідну операцію і результат перевести знову в десятковий вигляд. При виконанні тих же дій на ПЕОМ цього робити не потрібно, так як комп’ютер створіння “розумне” і сам виконує необхідні перетворення.

Пояснимо це на прикладі.