Лк 3. Собственные и структурные типы данных Delphi

При создании любой серьёзной программы не обойтись без дополнительных, более сложных, чем числа и строки, типов данных. В Delphi программист может для своих целей конструировать собственные типы данных. Чтобы ввести в программу (описать) новый тип данных, применяется оператор с ключевым словом type:
type название_типа = описание_типа;
Перечислимый тип - это тип данных, диапазоном значений которого является просто набор идентификаторов. Это может применяться в тех случаях, когда нужно описать тип данных, значения которого нагляднее представить не числами, а словами. Перечислимый тип записывается взятой в круглые скобки последовательностью идентификаторов - значений этого типа, перечисляемых через запятую. При этом, первые элементы типа считаются младшими по сравнению с идущими следом. Например, тип, описывающий названия футбольных команд, можно сформировать так:

 

type FootballTeam = (Spartak, Dinamo, CSKA, Torpedo, Lokomotiv);
var MyTeam: FootballTeam;
begin
MyTeam:=Spartak;
end;

Вообще, под перечислимыми типами понимают все типы, для которых можно определить последовательность значений и их старшинство. К ним относятся:

• все целочисленные типы, для которых всегда модно указать число, следующее за числом N;
• символьные типы (Char): за символом 'a' всегда следует 'b', за '0' следует '1', и так далее;
• логические типы - тип Boolean также представляет собой перечислимый тип: type Boolean = (false, true);

Структурные типы данных используются практически в любой программе. Это такие типы, как

• массивы
• записи
• множества

Массив - это структура данных, доступ к элементам которой осуществляется по номеру (или индексу). Все элементы массива имеют одинаковый тип.
Описание массива имеет вид:

type имя_типа_массива = array [диапазон] of тип_элемента;

Диапазон определяет нижнюю и верхнюю границы массива и, следовательно, количество элементов в нём. При обращении к массиву индекс должен лежать в пределах этого диапазона. Массив из ста элементов целого типа описывается так: type TMyArray = array [1.. 100] of Integer;
Теперь можно описать переменные типа TMyArray: var A, B: TMyArray;
Вместо присвоения типа можно явно описать переменные как массивы:
var A, B: array [1..100] of Integer;

Для доступа к элементу массива нужно указать имя массива и индекс элемента в квадратных скобках. В качестве индекса может выступать число, идентификатор или выражение, значение которых должно укладываться в диапазон, заданный при описании массива:
var N: Integer;
begin
N:= 65;
A[5]:= 101;
A[N]:= 165;
A[N+3]:= 200;
B:= A;
end;
Иногда требуется узнать верхнюю границу массива. Встроенная функция High() вернёт число, являющееся верхней границей массива. В скобки нужно подставить массив, верхнюю границу которого требуется узнать. Выражение B:= A означает, что каждый элемент массива B равен элементу с таким же индексом массива A. Такое присвоение возможно только если переменные объявлены через некий поименованный тип, или перечислены в одном списке. И в случае:
var A: array [1..100] of String;
B: array [1..100] of String;
его использовать невозможно (но возможно поэлементное присвоение B[1]:= A[2]; и т.д.).

Массивы могут иметь несколько измерений, перечисляемых через запятую. Например, таблицу из четырёх столбцов и трёх строк можно описать в виде массива с двумя измерениями:

type MyTable = array[1..4, 1..3] of Integer;
var X: MyTable;
Y: Integer;
begin
Y:=X[3, 2];
end;
Теперь в результате операции присвоения Y будет равен 7.
Многомерный, например, двумерный массив можно описать как массив массивов:
type TMyArray = array [1.. 4] of array [1.. 3] of Integer;
Результат будет аналогичен предыдущему примеру.
Каждое измерение многомерного массива может иметь свой собственный тип, не обязательно целый.
Кроме вышеописанных, так называемых статических массивов, у которых количество элементов неизменно, в Delphi можно использовать динамические массивы, количество элементов в которых допускается изменять в зависимости от требований программы. Это позволяет экономить ресурсы компьютера, хотя работа с такими массивами происходит гораздо медленнее. Описываются динамические массивы аналогично статическим, но без указания диапазона индексов:
type TDinArray = array of Integer;
var A: TDinArray;
После создания в динамическом массиве нет ни одного элемента. Необходимый размер задаётся в программе специальной процедурой SetLength. Массив из ста элементов:
begin
SetLength(A, 100);
end;
Нижняя граница динамического массива всегда равна нулю. Поэтому индекс массива A может изменяться от 0 до 99.
Многомерные динамические массивы описываются именно как массивы массивов. Например, двумерный:
type T3DinArray = array of array of Integer;
var A: T3DinArray;
В программе сначала задаётся размер по первому измерению (количество столбцов):

SetLength(A, 3);

Затем задаётся размер второго измерения для каждого из трёх столбцов, например:

SetLength(A[0], 3);
SetLength(A[1], 2);
SetLength(A[2], 1);

Таким образом создаётся треугольная матрица:

A₀₀ A₁₀ A₂₀
A₀₁ A₁₂
A₀₂

Чтобы освободить память, выделенную динамическому массиву, нужно массиву как целому присвоить значение nil:
A:= nil;
Ключевое слово nil в Delphi означает отсутствие значения.

Записи очень важный и удобный инструмент. Даже не применяя специальные технологии, с его помощью можно создавать собственные базы данных. Записи - это структура данных, каждый элемент которой имеет собственное имя и тип данных. Элемент записи иначе называют поле. Описание записи имеет вид:
type имя_типа_записи = record
название_поля: тип_поля;
...
название_поля: тип_поля;
end;
Названия полей, имеющих одинаковый тип, можно, как и в случае описания переменных, указывать в одну строку через запятую. Для обращения к полю записи сначала указывают имя записи, затем точку, затем имя поля. Например, данные о персонале предприятия могут быть организованы таким типом записи:

type TPers = record
Fam, Name, Par: String;
Year: Integer;
Dep: String;
end;
var Pers: TPers;
begin
Pers. Fam:='Иванов';
Pers. Name:='Иван';
Pers. Par:='Иванович';
Pers. Year:=1966;
Pers. Dep:='Цех №1';
end;

Теперь осталось записать эти данные в файл, предварительно объявив и его тип как TPers, и база данных готова. С файлом в Delphi также ассоциируется переменная, называемая файловой переменной, которая описывается так:
VFile: file of тип_файла;
В качестве типа может использоваться любой ограниченный тип Delphi. При этом не допускается тип String, так как он допускает переменный размер до 2 ГБайт. Его необходимо ограничивать: String[N], где N - количество символов. Тип TPers из предыдущего примера должен быть описан, например, так:

type TPers = record
Fam, Name, Par: String[20];
Year: Integer;
Dep: String[10];
end;

Теперь переменная такого типа занимает строго определённое место в памяти, и может быть записана в файл.
Множество - это группа элементов, объединённая под одним именем, и с которой можно сравнивать другие величины, чтобы определить, принадлежат ли они этому множеству. Количество элементов в одном множестве не может превышать 256. Множество описывается так:

type имя_множества = set of диапазон_значений_множества;

В качестве диапазона может указываться любой тип, количество элементов в котором не больше 256. Например:

type TMySet = set of 0.. 255;
type TMySet = set of Byte;

Конкретные значения множества задаются в программе с помощью перечисления элементов, заключённых в квадратные скобки. Допускается использовать и диапазоны:

var MySet: TMySet;
begin
MySet:=[1, 3.. 7, 9];
end;

Чтобы проверить, является ли некое значение элементом множества, применяется оператор in в сочетании с условным оператором:

var Key: Char;
Str: String;
begin
if Key in ['0'.. '9', '+', '-'] then Str:='Math';
end;

Чтобы добавить элемент во множество, используется операция сложения, удалить - вычитания:

var Digit: set of Char=['1'..'9'];
var Math: Set of Char;
begin
Math:=Digit+['+', '-', DecimalSeparator^*];
end;

^*Примечание: DecimalSeparator - встроенная в Delphi константа типа Char, имеющая значение символа-разделителя целой и дробной частей, который может быть равен точке ('.') либо запятой (','), в зависимости от текущих настроек Windows.

Выражения и операторы

Выражения Delphi

В программах Delphi применяются

• математические выражения
• логические выражения
• выражения со строками

ну и другие.

Математические выражения

В математических выражениях используются операции присваивания :=, сложения +, вычитания -,умножения *, деления /, целочисленного деления div, остатка от деления mod. При использовании этих операций важен приоритет их выполнения, так как в программировании на языке Delphi, как и в обычной математике, выражения выполняются не в порядке следования, а с учётом приоритета. У операций умножения и деления более высокий приоритет, чем у операций сложения и вычитания.
То есть, результат выражения

X:=1+2*3-4/5;

будет равен не 1, как в случае последовательного выполнения, а 6.2.

Если же мы хотим получить именно последовательное выполнение, то необходимо применять скобки (), обособляющие те операции, которые необходимо выполнить первыми. Скобки могут быть вложены друг в друга неограниченное число раз:

X:=((1+2)*3-4)/5;

Вот теперь X будет равен 1.

Помимо четырёх математических действий в Delphi доступно множество математических функций, таких, например, как тигонометрические, логарифмические, и т.д. Они становятся доступны в программе после добавления в секцию Interface uses модуля Math. Их описание также можно найти в модуле Math.pas (можно найти воспользовавшись поиском Windows). Многие из них можно реализовать и самому, но встроенные функции наверняка будут работать быстрее и лучше, т.к. написаны на языке ассемблера.

Логические выражения

Логические выражения выполняются над операндами логического типа, то есть имеющими тип Boolean Delphi. Они применяются в основном в условных операторах.

Операторы Delphi

Для создания приложений, реализующих сложную алгоритмическую логику, нужны средства управления ходом работы программы: изменения порядка выполнения операторов в зависимости от различных условий, и эффективной организации работы часто повторяющихся фрагментов. Математически доказано, что любой алгоритм можно закодировать с помощью

• оператора присваивания
• условного оператора
• оператора цикла

С оператором присваивания " := " мы уже знакомились в уроке Delphi 2. Он работает следующим образом. Переменная, стоящая в левой части оператора, становится равной той величине, которая находится справа. Типы этих величин должны совпадать. В выражении, стоящем справа, также может использоваться переменная, стоящая слева. С математической точки зрения это неправильно, но в программировании это означает, что из ячейки памяти берётся исходное значение, производятся вычисления, и результат записывается в эту же ячейку памяти, затирая прежнее значение. Пример:

var A, B: Integer;
begin
A:=3;
B:=4;
A:=A*A+B*B;
end;

В начале фрагмента переменная A равна 3, а в конце -25.

Условный оператор позволяет изменить порядок выполнения операторов в зависимости от выполнения некоторого условия. Вот как он записывается:

if условие then действие else альтернатива;

Слова if (если), then (тогда), else (иначе) - зарезервированные. Действие и else альтернатива - это любые операторы Delphi, или несколько операторов, заключённых в логические скобки begin/end, или вызов подпрограммы. Если условие истинно, то выполняется действие, если ложно, то выполняется альтернатива.
Условие представляет собой логическое выражение. В нём сравниваются значения выражений (в том числе также и логических), вызов функций, возвращающих значения типа Boolean, и комбинирование этих значений с помощью логических операций.

Логические операции могут комбинироваться с помощью связок:
and (логическое И)
or (логическое ИЛИ)
xor (исключающее ИЛИ)
Для некоторых типов данных есть дополнительные операции. Например, для множеств - оператор in, которая проверяет, входит ли некоторое значение в множество. Например:
X:= [2, 4, 5, 7, 8, 10];
Выражение 2 in X истинно (имеет значение true);
Выражение 6 in X ложно (имеет значение false);

Результат выполнения операции логического И равен true, если оба операнда равны true.

Результат выполнения операции логического ИЛИ равен true, если хотя бы один из операндов равен true.

Результат выполнения операции исключающего ИЛИ равен true, если операнды не равны друг другу.

Операторы цикла позволяют организовать многократное повторение одной и той же последовательности действий. В Delphi имеются три оператора, позволяющих это сделать:

"простой" оператор цикла

условный оператор цикла

условный оператор повторения

Простой оператор цикла применяется, когда известно количество повторений цикла. Он записывается так:
for счётчик := выражение-1 to выражение-2
do действие;
Счётчик - это переменная, которая должна быть объявлена перед логическим блоком, в котором оператор цикла расположен, и её тип должен относиться к одному из перечислимых типов, обычно Integer.
Выражение-1 и выражение-2 могут быть как константой или идентификатором, так и вызовом функции.
Действие - один или несколько операторов Delphi. Если это группа операторов, то они должны быть заключены в логические скобки begin/end.
В начале работы оператора переменная-счётчик получает значение выражения-1. Если при этом значение счётчика окажется меньше или равно значению выражения-2, то выполняются операторы, входящие в действие. Это и есть один цикл. Затем переменная-счётчик принимает значение, следующее за текущим, и начинается новый цикл, то есть сравнение счётчика и выражения-2, выполнение действия, и так далее, до тех пор, пока значение переменной-счётчика не превысит значение выражения-2.
Возможна работа оператора цикла, при котором переменная-счётчик будет не увеличиваться, а уменьшаться. В этом случае ключевое слово to заменяется на downto:
for счётчик := выражение-1 downto выражение-2 do действие;
Соответственно, выражение-1 должно быть больше или равно выражению-2.

Условный оператор цикла удобно использовать в том случае, когда количество повторений заранее не известно:
while условие do
тело цикла;
Этот цикл будет выполняться до тех пор, пока истинно условие (логическое выражение, возвращающее значение типа Boolean). При этом если это выражение сразу равно false, тело цикла не будет выполнено ни разу.
Нужно очень внимательно следить за написанием условия и контролем завершения цикла, так как в результате ошибки цикл while будет повторяться бесконечное количество раз, что приведёт к "зацикливанию" и "зависанию" программы.

Условный оператор повторения сначала выполняет тело цикла, а затем уже проверяет выполнение условия:
repeat
тело цикла
until условие;
Таким образом, этот вариант цикла гарантирует, что тело цикла будет выполнен по крайней мере один раз. И будет выполняться до тех пор, пока условие не станет истинным (т.е. true). Стоит отметить, что это единственный оператор Delphi, в котором тело цикла не требуется заключать в логические скобки begin/end. Начало и конец тела цикла определяются по ключевым словам repeat и until.

Вместе с операторами цикла используются специальные команды:

• команда прерывания цикла
• команда продолжения цикла

Команда прерывания цикла применяется, если в процессе выполнения операторов тела цикла выясняется необходимость его завершения. Вот эта команда: Break; При её выполнении управление передаётся на первый оператор, следующий за оператором цикла.
Команда продолжения цикла позволяет немедленно продолжить выполнение цикла, пропустив все оставшиеся операторы в теле цикла, то есть начать следующую итерацию. Вот эта команда: Continue;
Справедливости ради стоит рассказать об ещё одном операторе, позволяющем изменить последовательность выполнения программы. Это оператор перехода: goto метка; В качестве метки может использоваться любой допустимый идентификатор или число в диапазоне от 0 до 9999. Метку предварительно необходимо объявить в разделе описания переменных, но с помощью не ключевого слова var, а ключевого слова label: label меткa; или label список меток;
Переходить можно как вниз, так и вверх по программе. Двоеточие отделяет метку от оператора, на который производится переход. Пример использования оператора перехода:

var X, Y: Integer;
label A, B;
begin
A: X:=5;
...
операторы программы
goto B;
...
B: Y:=25;
goto A;
end;

Из этого примера видно, что оператор end; завершающий программу, никогда не будет выполнен, то есть программа зациклится. Именно поэтому, вообще, использование оператора перехода является плохим стилем программирования, и без его использования вполне можно обойтись использованием условных операторов и операторов цикла. Единственный случай, когда использование оператора goto может быть оправдано - это выход из нескольких вложенных циклов, что иначе требует применения нескольких операторов Break.