Programmieren in Pascal

Grundsätzliches Wissen für angehende Programmierer/-innen

Der Raspberry Pi 400 für knapp 100.- € zum Anschluss an den Fernseher (hier mit englischem Netzteil!)

• Jede Anwendung eines persönlichen Computers, jede Website, jede App ist ein Computerprogramm.
• Computerprogramme sind Listen von Anweisungen, die vom Computer der Reihe nach abgearbeitet werden.
• Diese Listen werden in ein Textprogramm (Editor, IDE) eingegeben, in Bits und Bytes übersetzt (Compiler) und dann ausgeführt.
• Anweisungen in Programmen bestehen aus Schlüsselwörtern und Parametern, die die Anweisungen genauer spezifizieren.
• Ein Beispiel "aus dem richtigen Leben" wäre Starte das Auto, wobei Starte das Schlüsselwort und das Auto der Parameter ist.
• Ein Schlüsselwort sagt dem Computer, was zu tun ist, ein Parameter erklärt, womit etwas zu tun ist.

Besonderheiten von Pascal

• Pascal ist eine Programmiersprache, die Prof. Dr. Niklaus Wirth 1968 an der ETH Zürich definiert hat.
• Pascal wird auch heute noch benutzt, wenn auch sehr viel seltener als andere alte Sprachen.
• Pascal ist also sehr kompatibel zu sich selbst, weil die Definitionen immer sehr klar waren.

Programmieren in Pascal auf dem eigenen Computer

Die Entwicklungsumgebung GEANY in Aktion auf dem Raspi 400.

• Um ein Programm in einer Programmiersprache zu schreiben, braucht man ein passendes Übersetzungsprogramm für diese Sprache.
• Solche Übersetzungsprogramme übersetzen eine Programmiersprache in die universelle Sprache aller Computer.
• Solcher Übersetzungsprogramme heißen Compiler.
• Man benötigt also für Pascal einen Pascal-Compiler und einen Editor (Textverarbeitung für Programmierer) zum Erfassen des Programms.
• Am besten alles zusammen: eine "Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE)".
• Ich zum Beispiel benutze Lazarus (für Windows, Linux, MacOS).
• Auf einem Raspberry Pi kann man einfach Geany benutzen.
• Oder Sie programmieren einfach hier und jetzt online.

Funktionen

• Ein Problem wird zur Lösung in viele kleine Probleme zerlegt.
• Beispiel: "Kuchen backen" kann in "Mische Mehl, Eier...", "Heize den Backofen", "Knete den Teig" etc. aufgeteilt werden.
• Programme können in kleine Abschnitte eingeteilt werden, die einzelne Unter-Aufgaben erfüllen (Funktionen).
• Diese Funktionen haben einen festgelegten Namen, Parameter und können Werte an das Hauptprogramm zurück geben.
• Den Typ des Rückgabewertes steht vor der Funktion (hier: int = integer = ganze Zahlen).
• main ist die erste Funktion, die in jedem Programm aufgerufen wird. Hier startet also immer das Programm.
• In C-Programmen muss es wenigstens eine Funktion mit dem Namen main geben.
• Von main aus werden andere Funktionen des selben Programms aufgerufen, sofern welche existieren.
• Die Hauptfunktion, das ganze Programm, gibt nach der Abarbeitung des Programms einen Wert an den Computer zurück.
• Ein einfaches Programm sieht also jetzt so aus ("//" leitet einen Kommentar ein):

int main ()
{
  // Hier startet das Hauptprogramm
  printf ("Zahlenraten - ich denke mir eine Zahl und Du errätst sie. \n");
}

Variable

• Variable sind benannte Speicherstellen, in denen Zwischenergebnisse gespeichert werden können.
• Variable müssen dem C-Compiler erklärt werden, damit sie verwendet werden können: sie werden deklariert.
• Da Programme linear (von oben nach unten) ablaufen, sind Variablen erst ab der Deklaration nutzbar.
• Der Compiler muss wissen, was in den Variablen stehen soll: der Variablentyp.
• Typen für Variable in C: Ganzzahlen (int), Fließkommazahlen (float), Zeichen (char)
• Eine Deklaration sieht typischerweise so aus: <Typ><Leerzeichen><Name><Semikolon>
• Beispiel:

  int nGedachteZahl;

• Das "n" vor dem Namen "GedachteZahl" ist nicht notwendig. Es ist aber gute Sitte, den Typ (int, also numerisch) im Namen zu erwähnen.
• Variable können auch einen Anfangswert (Initialisierung) enthalten, der einfach dahinter geschrieben wird.
• Beispiel:

  int nGedachteZahl = 24;

• Die Variable nGedachteZahl ist dem Compiler ab diesem Zeitpunkt als Ganzzahl-Speicherstelle bekannt und hat den Wert 24.
• Eine nicht initialisierte Variable hat übrigens nicht den Wert Null sondern einen unbestimmten Wert (Vorsicht!).
• In unserem Beispiel brauchen wir zwei Variable: in einer steht die gedachte Zufallszahl, in der anderen die Vermutung des Benutzers.
• Nach der Erwähnung des Datentyps kann man weitere Variablen definieren.
• Unser Programm sieht bis hierher also so aus:

int nGedachteZahl = 24; // muss erraten werden
    nVermutung = 0;     // sicher ist sicher

int main ()
{
  // Hier startet das Hauptprogramm
  printf ("Zahlenraten - ich denke mir eine Zahl und Du errätst sie. \n");
}

Ein- und Ausgabe

• Ein Programm braucht grundsätzlich Anweisungen für die Eingabe, die Verarbeitung und die Ausgabe von Daten.
• Speziell in der Programmiersprache C gibt es keine Anweisungen zur Ein- und Ausgabe.
• C soll auf sehr vielen Computern nutzbar sein und jedes Computersystem hat andere Funktionen für Ein- und Ausgabe.
• Deshalb liegt jedem C-Compiler eine Bibliothek von Dateien bei, die Ein- und Ausgabe des jeweiligen Computersystems ermöglicht.
• Die Funktionen in diesen Dateien werden aber alle in der gleichen Art und Weise aufgerufen ("C-Standard-Bibliotheken").
• Wir verwenden hier zur Eingabe das Schlüsselwort scanf und zur Ausgabe printf wegen ihrer Ähnlichkeit.
• Im "echten Leben" tun Sie das bitte nicht: die Funktionen sind nicht krisensicher.
• Das Format von printf ist

   printf ("<Format>", <Variable>, <Variable>...)

• Im <Format>-Teil geben Sie an, was ausgegeben werden soll.
• Dabei schaffen Sie Platzhalter dort, wo später der Wert der Variablen erscheinen soll.
• Platzhalter bestehen aus einem Prozentzeichen und einem Buchstaben für den Typ der Variable.
• Die erlaubten Typen sind vielfältig. Hier einige gebräuchliche:

d Dezimalzahl
f Gleitkommazahl
c Einzelnes Zeichen
s String (Mehrere Zeichen)

• Nach der Angabe des Typs sind auch Längenangaben u. a. möglich.
• Dieselben Formatvorschriften gelten auch für Eingaben mit scanf.

Bedingungen

• Bedingungen sind WENN-DANN-Anweisungen.
• In C ist das entsprechende Schlüsselwort if.
• Der weitere Programmlauf hängt dann von Bedingungen ab:

>  größer als
<  kleiner als
== gleich
!= ungleich
>= größer oder gleich
<= kleiner oder gleich
!  nicht

• Beispiel: Ob eine eingegebene Zahl größer oder kleiner 1 ist soll in Worten ausgegeben werden:

#include <stdio.h>

int nZahl;

int main()
{
  printf ("Bitte geben Sie eine Zahl ein: ");
  scanf ("%d", &nZahl);

  if (nZahl > 1)
    printf ("Die Zahl %d ist größer als Eins. \n", nZahl);
  else
    printf ("Die Zahl %d ist kleiner als Eins. \n", nZahl);
}

• Die Befehle nach else werden immer ausgeführt, wenn das Gegenteil der Bedingung erfüllt ist.
• Das Gegenteil von gleich ist dann ungleich, das Gegenteil von größer ist kleiner und umgekehrt.
• Man könnte else also mit sonst übersetzen: Wenn...Sonst.

Fallunterscheidungen

• if-Abfragen kann man beliebig wiederholen.
• Bei sehr häufigen Abfragen kann das sehr unübersichtlich werden.
• Deshalb gibt es so genannte Fallunterscheidungen, in denen ein Wert oder eine Variable mehrfach geprüft wird.
• Bei Fallunterscheidungen wird jeder Bedingung ein Programmlauf zugeordnet.
• In C sind die entsprechenden Schlüsselwörter switch und case.
• Beispiel: Eine Zahl zwischen 1 und 3 soll als Wort ausgegeben werden:

#include <stdio.h>

int iZahl;

int main ()
{
  printf ("Geben Sie eine Zahl ein: ");
  scanf ("%d", &iZahl);
 
  switch (iZahl)
  {
    case 1: printf ("Eins \n"); break;
    case 2: printf ("Zwei \n"); break;
    case 3: printf ("Drei \n"); break;
    default: printf ("Zahl ist nicht zwischen 1 und 3! \n");
  }
}

• Beachten Sie, dass nach der Ausführung eines Falles mit break die Abfrage verlassen werden muss.
• Wenn keine Bedingung zutrifft, wird der Code hinter default ausgeführt.
• In switch können keine Variablen vom Typ char geprüft werden!

Schleifen mit Zähler

• Bei Zählerschleifen werden Schlüsselwörter eine bestimmte Anzahl mal wiederholt.
• Dabei läuft eine Variable mit, die bei jedem Durchlauf verändert wird.
• In C ist das entsprechende Schlüsselwort for.
• Das Format von for ist

for (Startwert, Ablaufbedingung, Änderungsmaßnahme);

• Die Zahlen von 1 bis 10 werden also durch folgendes Programm ausgegeben:

#include <stdio.h>

int nZaehler;

int main ()
{
  for (nZaehler = 1; nZaehler < 11; nZaehler++)
  {
    printf ("Zahl ist %d \n", nZaehler);
  }
}

• Am Anfang der Schleife wird nZaehler mit 1 belegt (der Startwert)
• Die Schleife läuft so lange nZahler kleiner als 11 ist (die Ablaufbedingung)
• Bei jedem Durchlaufen der Schleife wird nZaehler um 1 erhöht (die Änderungsmaßnahme, nZaehler = nZaehler + 1 kann man mit nZaehler++ abkürzen).
• Beim Durchlaufen der Schleife wird alles zwischen den folgenden Klammern { und } ausgeführt (hier also die Ausgabe von nZaehler).
• Die Zahlen von 1 bis 10 werden nur ausgegeben, wenn die Ablaufbedingung < 11 heißt, da am Anfang entschieden wird, ob die Schleife durchlaufen werden soll.
• for bildet also eine so genannte Kopfgesteuerte Schleife!

Kopfgesteuerte Schleifen

• Kopfgesteuerte Schleifen prüfen am Anfang der Schleife, ob die Schleife durchlaufen wird.
• Kopfgesteuerte Schleifen werden mit dem Wort while gebildet.
• Kopfgesteuerte Schleifen machen Sinn, wenn eine Schleife unter bestimmten Bedingungen keinen Sinn ergibt.
• Beispielsweise kann man eine Datei nicht auslesen, wenn am Anfang der Schleife das Ende der Datei bereits erreicht oder sie leer ist.
• Man könnte die Zahlen von 1 bis 10 auch mit einer kopfgesteuerten Schleife ausgeben:

#include <stdio.h>

int nZaehler;

int main ()
{
  nZaehler = 0;
  while (nZaehler < 10)
  {  
    nZaehler++;
    printf ("Zahl ist %d \n", nZaehler);
  }
}

• Sie werden alle Anweisungen aus der for-Schleife hier wiederfinden!
• Aber überlegen Sie mal, warum die Werte der Variablen anders sind.

Fußgesteuerte Schleifen

• Fußgesteuerte Schleifen prüfen am Ende der Schleife, ob die Bedingung zum Beenden erreicht ist.
• Fußgesteuerte Schleifen werden mit den Schlüsselwörter do..while gebildet.
• Fußgesteuerte Schleifen machen Sinn, wenn die Bedingung innerhalb der Schleife verändert wird.
• Beispielsweise kann eine Schleife so lange laufen, bis während der Schleife ein bestimmter Wert eingegeben wird.
• Die Zahlen von 1 bis 10 mit einer fußgesteuerten Schleife:

#include <stdio.h>

int nZaehler;

int main ()
{
  nZaehler = 0;
  do
  {  
    nZaehler++;
    printf ("Zahl ist %d \n", nZaehler);
  } while (nZaehler < 10);
}

• Beachten Sie, wo ein Semikolon gesetzt ist (und wo nicht).

Dateien

• Normalerweise kommt an dieser Stelle die Behandlung von Dateien.
• Programme können Dateien erzeugen, verwalten und löschen.
• Dateien werden heute aber "in Reinform" kaum noch benutzt.
• Daher verweise ich hier auf die Einbettung von Datenbank-Befehlen in C-Programme.
• Nutzen Sie Datenbanken wo Sie können. Dateien sind immer nur die zweitbeste Lösung!
• Sie brauchen keinen Datenbank-Server. Forschen Sie z. B. nach SQLite.

Zahlenraten

• Zum Schluss ein kleines Spiel, in dem Sie einige der erklärten Regeln betrachten können:

// (1) zahlenraten.c - Ein kleines Spiel, bei dem der Computer sich eine Zahl
// ausdenkt und Sie diese erraten müssen. 27.04.2021

// (2) Damit alle Befehle funktionieren, müssen wir sie dem C-Compiler
// bekannt machen. Denn viele Befehle kennt C nicht. Die werden dann
// aus sogenannten Standard-Bibliotheken eingelesen.

#include <stdio.h>  // printf und scanf
#include <stdlib.h> // srand und rand
#include <time.h>   // time

// (3) Jedes C-Programm hat einen Abschnitt (eine "Funktion") namens
// main. Hier beginnt und endet ein C-Programm immer. main muss immer
// da sein und muss immer main heißen!

int main ()
{
  // (4) Wir beschreiben ("deklarieren") Speicherstellen ("Variable"), die
  // wir im Programm benutzen wollen mit möglichst aussagekräftigen Namen
  // und einem Buchstaben am Beginn, der die Art des Inhalts bezeichnet.
  // i = int = integer = ganze Zahl, also keine Fließkommazahlen

  int iGedachteZahl;  // Hier wird die vom Computer gedachte Zahl gespeichert
  int iVermutung;     // Hier wird die vom Benutzer vermutete Zahl gespeichert

  // In C kann man Variable auch gleich mit einem Startwert belegen
  int iZahlMin = 0;   // Minimale Größe der gedachten Zahl
  int iZahlMax = 100; // Maximale Größe der gedachten Zahl

  // (5) Das Programm wurde gestartet. Wir geben einen Text aus:
  // \n = mit Zeilenumbruch
  // \n weglassen = ohne Zeilenumbruch
  printf ("Zahlenraten - Ich denke mir eine Zahl und Sie erraten diese. \n");
  printf ("Ich denke mir also eine Zahl zwischen %d und %d", iZahlMin, iZahlMax);

  // (6) Zufallszahl generieren: hier rufen wir die Funktionen auf, die wir
  // bei (2) mit #include oben bekannt gemacht haben: srand, time und rand.
  srand (time (0));
  iGedachteZahl = (rand() % (iZahlMax - iZahlMin + 1)) + iZahlMin;

  printf ("...fertig. \n"); // wird in der selben Zeile wie (5) ausgegeben

  // (7) Eine Schleife: die Anweisungen in den Klammern nach do
  // werden immer wiederholt ...
  do {
    
    printf ("Ihre Vermutung? ");
    scanf ("%d", &iVermutung);

    if (iVermutung > iGedachteZahl) {
      printf ("Die Zahl ist kleiner! \n");
    };

    if (iVermutung < iGedachteZahl) {
      printf ("Die Zahl ist größer! \n");
    }

  } while (iVermutung != iGedachteZahl);
  // ... solange iVermutung ungleich iGedachteZahl ist, sonst zurück zu (7)

  // (8) Hierher kommt der Computer nur, wenn iVermutung gleich iGedachteZahl ist,
  // die Zahl vom Benutzer also erraten wurde
  printf ("Richtig geraten!!!! Es war die %d!", iGedachteZahl);

  // (9) Unser Programm ist beendet. 0 zurück geben an das Betriebssystem,
  // damit es erkennt, dass das Programm fehlerfrei abgelaufen ist
  return 0;
}