Занимательное программирование – игры с текстом

Введение

При изучении в школе основ программирования по какой-то неизвестной авторам данной статьи причине работа с множественными типами данных (кроме разве что массивов и в некоторых случаях – файлов) почти не затрагивается. По крайней мере, найти в различных публикациях или на сайтах образовательной тематики какие-либо хорошие (интересные и вместе с тем поучительные) задачи оказалось довольно сложно.

Желая «сломать сложившиеся стереотипы», предлагаем читателям несколько подобных задач. Решение этих задач разберем на языке Паскаль.

Наши цели при этом:

– во-первых, показать читателям (учащимся, а также учителям информатики, которые смогут затем передать эти знания своим ученикам) принципы обработки строковых данных;

– во-вторых, продемонстрировать применение некоторых возможностей Паскаля по работе со строками и символами;

– в-третьих, показать преимущества использования такого редко используемого типа данных, как множества (как показывает практика, многие попросту не знают, как можно использовать множества в реальном программировании, помимо «чисто теоретического» решения задач на пересечение, объединение и пр. множеств).

Итак, начнем…

О знаках и строках

Как мы знаем из курса информатики, текст в компьютере представлен в виде последовательности кодов составляющих его символов – букв (латинских и строчных), знаков препинания, знаков математических операций и пр., а также специальных кодов, не имеющих отдельного визуального представления в виде символов и служащих для управления размещением текста (пример – коды табуляции, перехода на новую строку и т.д.). При этом соответствие между конкретным символом и его кодом устанавливается согласно таблицам кодирования символов, где для символов национальных алфавитов (к которым относится и кириллица) могут использоваться различные 8-битовые таблицы кодирования (ASCII для MS-DOS, КОИ-8, Windows и др.) либо все такие символы объединены в 16-разрядной таблице кодирования стандарта Unicode.

Таким образом, каждый символ текста в памяти компьютера занимает один (или два – для Unicode) байта и хранится там в виде целого беззнакового числа. Поэтому, чтобы компьютер «не путал» их с обычными целыми числами, в языках программирования высокого уровня, как правило, для символьных и строковых типов данных предназначены отдельные, особые типы данных.

В языке Паскаль это:

– символьный тип char, предназначенный для представления одного какого-либо символа; символьная константа записывается в апострофах, например: 'a', '0', '+' и т.д.;

– множественный (составной, структурированный, сложный) тип string, предназначенный для представления целых текстовых строк; строковая константа также записывается в апострофах, например: 'Строка'.

При этом прослеживается иерархия типов: множественный тип string можно рассматривать как некий набор данных типа char (что отражает вполне очевидный факт – строка текста состоит из символов).

Определение обоих этих типов данных (как и большинства других) в языке Паскаль производится в разделе var:

– для символьного типа данных – var <переменная> : char;

– для строкового типа данных – var <переменная> : string;

При этом строка может определяться как без указания ее размера (как продемонстрировано выше), так и с явным указанием ее длины (см. рис. 1):

var <переменная> : string[<длина>];

В подобном случае параметр <длина> представляет собой целое число, указывающее максимально допустимую длину строки, записываемой в такую переменную. Фактически же этот параметр указывает компьютеру, что для хранения такой переменной необходимо отвести указанное количество ячеек памяти для символов строки. Кроме них, в памяти также резервируется еще одна ячейка для хранения реальной длины строки, записанной в такую переменную: эта строка по длине может быть меньше, чем зарезервированная длина строковой переменной (и даже может быть пустой – не содержать символов вообще!), тогда часть зарезервированных ячеек памяти попросту не используется. А вот при попытке записать в строковую переменную значение (строку), длина которой превышает объявленную длину строковой переменной, приведет к тому, что в этой переменной уместится только заявленное количество символов начала строки, а всё остальное будет отброшено.

Следует также отметить, что в случае, когда мы не указываем размер определяемой в разделе var строковой переменной, его всё равно определяет сама система программирования. В этом случае максимально допустимая длина строки составляет 255 символов, т.е. в памяти компьютера под такую строковую переменную резервируется 256 ячеек (одна, как и раньше, для хранения реальной длины хранящегося в этой переменной строкового значения). Все рассуждения о ситуациях, когда такой переменной присваивается более короткая или, наоборот, более длинная строка, тоже при этом остаются в силе.

Массивы символов и строк в языке Паскаль также возможны. Их определение и работа с ними осуществляются точно так же, как и с массивами чисел. Например, для описания одномерных массивов можно использовать команды:

– массив символов – var <имя массива> : array[<кол-во элементов>] of char;

– массив строк – var <имя массива> : array[<кол-во элементов>] of string;

При этом для строковых массивов можно после обозначения типа string, как и в случае простой строки, указать значение размера этих строк (все строки массива, разумеется, должны иметь одинаковый максимально допустимый размер).

Обращение же к элементам таких массивов производится полностью аналогично обращению к элементам числовых массивов – путем указания имени массива и записанного после него в квадратных скобках индекса элемента.

А теперь – внимание! – начинается самое интересное.

В отличие, например, от Бейсика, где строки рассматриваются как «единое целое», в языке Паскаль (а также в ряде других языков, например, в Си) существует дуализм представления строк: к любой строке, определенной как тип string, можно в программе обращаться и как к единому целому (к переменной типа string), и как к одноименному одномерному массиву символов, указывая после имени строковой переменной в квадратных скобках номер (индекс) желаемого символа в строке! (При этом следует помнить, что символы в строках всегда нумеруются с единицы.)

Например, если мы определили строковую переменную оператором

var stroka : string[10];

и записали в нее строку 'Привет!', то оператор

writeln(stroka[1]);

выведет на экран символ 'П', а оператор

writeln(stroka[7]);

выведет символ восклицательного знака.

Соответственно, одномерный массив строк можно аналогичным образом рассматривать как двумерный массив символов, двумерный массив строк – как трехмерный массив символов и т.д.

Эта замечательная возможность делает ненужным использование функций извлечения символа из строки (типа MID$(<имя строки>,<позиция символа>,1) в Бейсике), поскольку для получения нужного символа достаточно просто обратиться к нему напрямую. Насколько это упрощает решение некоторых задач на работу со строками, мы увидим, когда перейдем к решению таких задач.

И наконец, завершая теоретический экскурс в символьные и строковые типы данных, перечислим некоторые имеющиеся в Паскале стандартные функции и процедуры для работы с символами и строками (информацию о них обычно можно найти в Help’е к используемой системе программирования, мы же будем рассматривать популярную в школьной практике среду программирования Pascal ABC.Net).

При использовании этих функций и процедур необходимо помнить следующее:

– функции возвращают некоторое значение, которое нужно куда-то записать или как-то использовать, поэтому функцию надо записывать или в операторе присваивания (например: d := Length(s); ), или, скажем, в операторе вывода на экран (writeln(Length(s)); );

– процедуры, в отличие от функций, сами по себе не возвращают значений, а изменяют значение некоторых заданных в них параметров (аргументов), поэтому в составе оператора присваивания или вывода на экран их записывать нельзя. Процедура записывается отдельным оператором, например: Delete(stroka,5,1); – правильная запись (из строки stroka удаляется один символ, стоящий в 5-й позиции), а stroka1 := Delete(stroka,5,1); – неправильная запись.

А теперь перейдем, наконец, к решению задач.