Pascal (Programmiersprache)

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Pascal (Programmiersprache)
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Pascal (Programmiersprache) – Wikipedia
Pascal (Programmiersprache)
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Die Programmiersprache Pascal (benannt nach dem
Mathematiker Blaise Pascal) wurde von Niklaus Wirth
an der ETH Zürich im Jahr 1972 als Lehrsprache
eingeführt, um die strukturierte Programmierung zu lehren.
Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeines zur Sprache
1.1 Datentypen
1.2 Programmstrukturen
1.3 Steuerkonstrukte
1.4 Nachteile
1.5 Compiler
2 Unterschiede zu C
3 Standards
4 Pascal und Mac OS
5 Implementierungen (Compiler, Interpreter und
IDEs)
6 Hallo Welt
7 Weiterentwicklungen
8 Einzelnachweise
9 Literatur
10 Weblinks
Pascal
Paradigmen:
imperativ, strukturiert
Erscheinungsjahr: 1972
Entwickler:
Niklaus Wirth
Typisierung:
stark, statisch
Dialekte:
UCSD-Pascal, Borland
Turbo Pascal
Beeinflusst von:
ALGOL
Beeinflusste:
Modula-2, Ada, Oberon,
Object Pascal, Web
Niklaus Wirth, der Entwickler von
Pascal
Allgemeines zur Sprache
Pascal ist eine Weiterentwicklung von Algol 60. Als Lehrsprache wurde es so einfach und strukturiert wie
möglich gestaltet. Seine große Verbreitung in der professionellen Programmierung fand es als Borland/Turbo
Pascal (später Object Pascal) – gegenüber dem Ur-Pascal wesentlich erweiterte und verbesserte Versionen.
Pascal zeichnet sich durch eine strikte und einfach verständliche Syntax sowie durch den Verzicht auf
kontextabhängige Interpretationen des Codes aus. Somit erlaubt Pascal im Vergleich zu Sprachen wie C und
Fortran eine gute Lesbarkeit und, verglichen mit den damaligen Versionen von Fortran, auch eine bessere
Unterstützung von strukturierter Programmierung.
Ein wichtiges Konzept, das Wirth zur Anwendung brachte, ist die starke Typisierung (engl. „strong typing“):
Variablen sind bereits zur Übersetzungszeit einem bestimmten Datentyp zugeordnet, und dieser kann nicht
nachträglich verändert werden. Typenstrenge bedeutet, dass Wertzuweisungen ausschließlich unter Variablen
gleichen Typs erlaubt sind. In Pascal gibt es von diesem strikten Zwang lediglich wenige Ausnahmen:
Wertzuweisungen der Form [Variable vom Typ real] :=[Wert vom Typ integer].
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In Extended-Pascal Wertzuweisungen von ganzzahligen oder reellen Zahlen an Variablen vom Type
Complex.
Wertzuweisungen von eingeschränkten Wertebereichen eines ordinalen Typs. Beispiel: type int10 = 1
.. 10;Werte dieses Typs können dann Integervariablen zugewiesen werden.
Wertzuweisungen von Mengen eines eingeschränkten Wertebereiches eines ordinalen Typs. Beispiel:
type set10 = set of 1 .. 10; set20 = set of 1 .. 20;Werte des Typs set10können
dann Variablen des Typs set20zugewiesen werden.
Wertzuweisungen auf eingeschränkte Wertebereiche eines ordinalen Typs oder einer Menge. In diesem
Fall rufen Werte bzw. Mengen-Elemente außerhalb des Zielbereichs einen Laufzeitfehler hervor.
Wertzuweisungen zwischen unterschiedlichen String-Typen, inkl. Char, Zeichen-Arrays gemäß StandardPascal und den verschiedenen String-Typen in Extended-Pascal, Borland Pascal usw. Sofern die
Länge des Wertes nicht innerhalb der Kapazität des Ziels liegt, ergibt sich auch hier ein Laufzeitfehler.
Heute findet Pascal im universitären Bereich (Entwicklung/Ausbildung) und in sicherheitskritischen Bereichen (z.
B. Verkehrstechnik, Energieversorgung, Medizintechnik, Raumfahrt, Militär, teilweise im Banken- und
Versicherungswesen) Anwendung. Dies beruht hauptsächlich auf der guten Prüfbarkeit und Wartbarkeit des
Codes und der klaren Zuordnung der Variablen. So ist die 2005 eingeführte Betriebsleittechnik IV der
Transrapid-Versuchsanlage Emsland in Pascal programmiert. Eine pascalähnliche Notation wird von jeher in der
Informatik und Mathematik zur Darstellung von Algorithmen benutzt.[1] Aus didaktischen Gründen, es seien hier
die Typstrenge, hohe Fehlersicherheit und frei verfügbare portierbare Pascalcompiler (Free Pascal, GNU
Pascal) genannt, wird im aktuellen Informatikunterricht Pascal ebenfalls häufig eingesetzt.[2] Im Hobby-Bereich
erlangte Pascal zeitweilig eine sehr weite Verbreitung, die jedoch mit neueren Microsoft-Windows-Versionen
wieder zurückging.[3]
Datentypen
Pascal kennt als einfache Datentypen char, boolean, integer, realund ordinale Datentypen. In einigen
Dialekten wurden die einfachen numerischen Datentypen erweitert, um passende Wortlängen abzudecken.
Strukturierte Datentypen sind array, record, set(Mengen) und file. Der Datentyp textentspricht der
Definition type text = file of char;
Programmstrukturen
Charakteristisch für Pascal ist das Konzept der Verschachtelung von Prozeduren und Funktionen. Im
Deklarationsteil einer Prozedur oder Funktion können andere Prozeduren und Funktionen auftauchen. Dabei
gibt es klar verständliche Prinzipien über die Sichtbarkeit von Deklarationen in übergeordneten Funktionen und
Prozeduren.
Steuerkonstrukte
Steuerkonstrukte sind ifthenelse, case(in Dialekten mit einem elseoder otherwiseversehen), for,
repeat, whileund goto. Da Pascal der strukturierten Programmierung dient, soll das gotolediglich
strukturerhöhend eingesetzt werden. Pascal unterstützt in seiner Urform keine Anweisungen, mit denen
Prozeduren oder Schleifen hart verlassen werden können. Als strukturerhöhendes gotowerden Sprünge ans
Ende von Prozeduren oder unmittelbar hinter Schleifenenden akzeptiert, sofern sich dadurch umfangreiche
Konstruktionen schlecht lesbarer if-Anweisungen oder undurchschaubarer boolescher Ausdrucke vermeiden
lassen. Viele Pascal-Compiler erlauben keine goto, die zu instabilen Systemzuständen führen, z. B. der Sprung
in den Anweisungsblock einer Schleife oder eines if.
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Nachteile
Da die Sprache als Lehrsprache konzipiert war, wies das Standard-Pascal einige Merkmale auf, die den
kommerziellen Einsatz erschwerten: Das Konzept für Dateizugriffe („file I/O“) war nicht mächtig, die
Laufzeitbibliothek wenig umfangreich, und Zeichenketten konnten nur über Umwege (packed array) direkt im
Code verwendet werden. Das führte dazu, dass praktisch jede kommerzielle Implementierung hierzu eigene
Lösungen anbot, was zunächst (ähnlich wie die Diversifizierung bei C) zu eigenen Pascal-Dialekten und damit zu
Kompatibilitätsproblemen führte. Mit der monopolartigen Dominanz der Borland Turbo-Pascal-Produkte
verschwanden diese Unterschiede fast vollständig.
Ein anderer wesentlicher Nachteil war, dass eine Modularisierung im Sinne getrennter Compilierung nicht
vorgesehen war – was mit der Weiterentwicklung Modula-2 geändert wurde. Plattformspezifische
Implementierungen sahen dafür eigene Lösungen vor (z. B. die Units von Turbo-Pascal, oder später die Module
in ANSI/ISO Extended Pascal).
Compiler
Der erste Pascal-Compiler selbst entstand auf der CDC Cyber 6000 der ETH Zürich. Daraus entstand dann
Pascal 6000, das als erste operative Version eines Compilers der Sprache gesehen werden kann.
Ein zweiter Pascal-Compiler – der P4 „Portable Pascal Compiler“ von Urs Ammann, Kesav Nori und Christian
Jacobi – stammte ebenfalls von der ETH Zürich. Der P4 erzeugte eine plattformunabhängige, als
Assemblersprache ausgelegte Zwischensprache, den P-Code, der durch eine sogenannte virtuelle Maschine (ein
Programm) interpretiert wird. Später entstanden dann Compiler, die auf dem P4 basierten. Die verbreitetste
Version wurde unter dem Namen UCSD Pascal bekannt, das auf vielen Systemen implementiert wurde, u. a.
auf Apple II und Texas Instruments TI-99/4A und wesentlich zur Verbreitung der Sprache sowohl (zuerst) in
den Vereinigten Staaten, später auch in Europa beitrug. Im Mai 2006 wurden die Quelltexte von UCSD Pascal
freigegeben.
Bei den meisten Pascal-Compilern handelte es sich um Single-Pass-Compiler, d. h. der Compiler muss die
Quelle nur ein einziges Mal lesen und analysieren. Das Design der Sprache war so gehalten, um genau das zu
ermöglichen. Bei der damaligen geringen Geschwindigkeit der Rechner war dies ein großer Vorteil.
Unterschiede zu C
Sehr hohe Prozesssicherheit – Da Pascal sowie der Quasi-Standard Borland/Turbo-Pascal eine
strikte Trennung unterschiedlicher Typen vorsehen und die Zuweisungskompatibilität von Ausdrücken
beachten, kommen „versteckte/automatische“ Typumwandlungen, anders als in C, praktisch nicht vor.
Insbesondere bei der Übergabe von Daten (z. B. aus externen Dateien, aber auch innerhalb des
Programms) an Funktionen oder Prozeduren kann der Compiler schon beim Compilieren die Korrektheit
der Typen kontrollieren (gleiches gilt für Array-Grenzen, Integer-Überlauf, Wrap-Around-Fehler, StackÜberlauf u. ä., die in anderen Programmiersprachen wie z. B. C++ oder C häufig subtile und schwer zu
lokalisierende (Laufzeit-)Fehler erzeugen).
keine nullterminierten Zeichenketten – Standard Pascal hatte zwar Zeichenketten-Literale, aber
keinen Typ string (s. oben). In einigen späteren Versionen werden Zeichenketten nicht durch ein NullByte terminiert, sondern es wird die Länge im ersten Byte String[0]) gespeichert und über die
Funktion length(<Bezeichner>)abgefragt. Somit beginnt das erste Nutzzeichen bei String[1].
Dies hatte eine sehr schnelle Verarbeitung (deutlich schneller als in Borland/GNU C++ oder C) zur
Folge, aber auch den Nachteil, dass Zeichenketten nicht beliebig lang sein konnten. In vielen
Implementierungen (z. B. Turbo Pascal) war für die Speicherung der Zeichenkettenlänge ein Byte
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vorgesehen, so dass die Länge auf 255 Zeichen begrenzt ist. Größere Zeichenketten mussten selbst
definiert werden (z. B. als Array of char), sofern sie nicht (wie z. B. in Borland Pascal 7) durch die
Compilerhersteller bereits implementiert wurden. Im Extended Pascal-Standard wurden Zeichenketten als
Scheme-Typ definiert. Auch hier muss die Kapazität angegeben werden, sie wird aber in runde
Klammern geschrieben, und es gibt keine formale Längenbeschränkung: String(10240).
strikte Trennung zwischen Funktionen und Prozeduren – Pascal trennt strikt zwischen einer
Funktion (Rückgabewert) und einer Prozedur (kein Rückgabewert, Typ voidin C). Eine Funktion darf
nicht als Prozedur aufgerufen werden – d. h. der Rückgabewert muss stets entgegengenommen werden.
Seit Turbo Pascal 4.0 (1991) ist dies jedoch möglich: Funktionen können auch ohne Entgegennahme des
Funktionsergebnisses aufgerufen werden.
Deklarationen – Variablen und Typdefinitionen dürfen nicht innerhalb der Implementierung einer
Funktion/Prozedur (zwischen BEGINund END) deklariert werden – dies muss in einem speziellen Block
im Definitionsteil geschehen. Anders als C erlaubt Pascal die Deklarationen lokaler Funktionen bzw.
Prozeduren, sog. „nested Functions“, was die Erweiterung des Sprachumfanges durch den Benutzer
erheblich vereinfacht.
Bezeichner – In Pascal ist die Groß-/Kleinschreibung bei Bezeichnern (Typen, Konstanten, Variablen,
Funktionen/Prozeduren) irrelevant. Programmfehler durch Tippfehler z. B. Max statt MAX werden
dadurch vermieden.
Semikolon – Das Semikolon wird nicht wie in C als Befehlsabschluss interpretiert, sondern als
Trennzeichen zwischen Anweisungen. Vor einem ENDoder UNTILkann es somit weggelassen werden.
Vor einem ELSEdarf es in der Regel gar nicht stehen, da sonst der IF-Zweig als abgeschlossen
angesehen werden würde. Ein Fall, bei dem es vor dem ELSE steht (und stehen muss), ist am Ende einer
CASE-Auflistung.
Delimiter – Für Zeichenketten-Literale und Zeichen-Literale wird dasselbe Begrenzungszeichen
(Delimiter), nämlich der Apostroph, verwendet.
Zuweisungen – Zuweisungen an Variablen werden durch die Sequenz :=definiert, das
Gleichheitszeichen allein dient dem Vergleich. Damit werden „mathematisch falsche“ Ausdrücke z. B. i = i
+ 1 vermieden.
Operatoren – Pascal verwendet die Operatoren and, or, not, div(nur für Integer, bei Real ist es /),
modund <>anstatt der C-Operatoren &&, ||, !, /, %und !=. Die „Short Circuit“-Funktionalität von &&
und ||in C (sobald das Ergebnis feststeht, nämlich wenn der linke Teil beim andFALSE
beziehungsweise beim orTRUE ist, wird der rechte nicht mehr ausgewertet) schloss N. Wirth explizit
aus, da compilerinterne Optimierungsvorgänge die Reihenfolge der Auswertung verändern können.
Spätere Pascalversionen implementierten eine lokal oder global zuschaltbare „Short Circuit“Funktionalität, so dass der Programmierer im Einzelfall entscheiden kann, welche Art der Auswertung er
wünscht. In Standard-Pascal gibt es keine Bitoperationen für Integer (wie &, |, ^und ~von C), aber
stattdessen den Typ set of(mit den Operatoren *, +und -für Durchschnitt, Vereinigung und
Mengendifferenz).
strenge Typentrennung – u. a. ist Charnicht austauschbar mit Integer, die Umwandlung muss mit
den Funktionen ord()und chr()durchgeführt werden. Dadurch werden verdeckte (oder ungewollte)
Umwandlungen vermieden z. B. führt die Anweisung i = 7/2 zu einer Fehlermeldung, wenn i vom Typ
Integer = Ganzzahl ist da 7/2 = 3.5 keine Ganzzahl ist. Spätere Pascalversionen (z. B. Turbo Pascal)
führten zusätzlich „explizite“ Typumwandlungen, sog. „type casts“, ein, so dass z. B. mit longint(i)der
Wertebereich der Ganzzahlvariablen i erweitert oder eingeschränkt werden konnte. In Standard-Pascal
musste dafür ein Umweg über (den Missbrauch von) Variantenrecords (unionin C) genommen werden.
Standards
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Es gibt drei Standards, die sich auf Pascal beziehen:
1. Standard Pascal: ANSI/IEEE770X3.97-1993 oder ISO 7185:1990;
2. Extended Pascal: ANSI/IEEE770X3.160-1989 oder ISO/IEC 10206:1991;
3. sowie einen Entwurf zu „Object-Oriented Extensions to Pascal“.
Allerdings sind – wie bei den meisten anderen Programmiersprachen auch – nur die wenigsten Compiler zu
diesen Standards vollständig kompatibel. Diese Tatsache verleitete Scott A. Moore zu der bissigen Bemerkung
„Pascal is, unfortunately, very much a great improvement on its successors“ („Pascal ist leider so ziemlich eine
große Verbesserung seiner Nachfolger“ – damals bereits ein geflügelter Satz, der schon früher über ALGOL,
welches auch C und C++ wesentlich beeinflusst hat, oft gesagt worden war).
Selbst großen Compilern wie Delphi oder Free Pascal fehlen bis heute einige Elemente aus Standard Pascal,
während Extended Pascal von kaum einem unterstützt wird. Lediglich Prospero Pascal ist vollständig
kompatibel zu Extended Pascal, während auch GNU Pascal vollständige Kompatibilität anstrebt.
Pascal und Mac OS
Historisch interessant ist die Tatsache, dass Apple bei der Entwicklung des Betriebssystems und der darauf
laufen Applikationen des Apple-II-Nachfolgers Macintosh auf Pascal gesetzt hatte. Hierzu wurde bei Apple in
einem von Larry Tesler geführten Team unter Konsultation von Niklaus Wirth eine eigene Object-PascalVariante entwickelt, die von einer früheren objektorientierten Pascal-Variante namens Clascal abgeleitet wurde,
welche schon auf Lisa verfügbar war. Object Pascal war für die Unterstützung von MacApp, einem Macintosh
Application Framework erforderlich, das heute unter den Begriff Klassen-Bibliothek fallen würde. Object
Pascal wurde 1986 fertig gestellt. Apple beendete den Fokus auf Object Pascal mit der Umstellung von
Motorola 68K-CPUs auf PowerPC-CPUs von IBM im Jahre 1994 mit der Betriebssystem-Version Mac OS
7.5. Zwecks Rückwärtskompatibilität blieb die Übergabe von Parametern für Betriebssystemaufrufe bis zur
letzten Mac-OS-Version 9.2.2 des Jahres 2002 an Pascal-Konventionen angelehnt.
Implementierungen (Compiler, Interpreter und IDEs)
Pascal hatte von Anfang an im universitären Bereich sehr großen Erfolg, was sich u. a. auch in der
Programmiersprache Ada niederschlug, die sehr stark an der Syntax von Pascal angelehnt ist. Ebenfalls fand es
weite Verbreitung, auch im kommerziellen Bereich, mit den Produkten der Firma Borland Turbo Pascal,
Borland Pascal und Delphi. Diese Versionen sind durch starke Erweiterungen des ursprünglichen
Sprachstandards gekennzeichnet. Die Objektorientierung wurde dabei mit Version 5.5 eingeführt.
Heute gibt es einige freie Implementationen:
Free Pascal – Ein unter der GNU Lesser General Public License stehendes Open-Source-Projekt, das
sich zum Ziel gesetzt hat, einen freien 32/64-Bit-Compiler zu erzeugen, der 100-prozentig kompatibel zu
Turbo Pascal und Delphi sein soll und mittlerweile eine leichte Portierung von Pascal-Programmen auf fast
alle gängigen Betriebssysteme und Hardwareplattformen ermöglicht.
GNU Pascal – Ein Pascal-Compiler, der als Frontend zur GNU Compiler Collection konzipiert ist. Es
ist kein Bestandteil der GCC selbst, ist aber durch die Verwendung der GCC plattformunabhängig. Die
Entwicklung von GPC hat sich zuletzt verzögert.
Virtual Pascal – Diese inzwischen freie Implementierung eines Borland-kompatiblen Pascal-Compilers
für OS/2 wurde auch auf andere Plattformen portiert, wird aber seit 2005 nicht mehr weiterentwickelt.
Integrierte Entwicklungsumgebungen:
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Lazarus – Eine Entwicklungsumgebung für Free Pascal, die auch verschiedene Komponenten zur
Verfügung stellt. Die IDE ist sehr Delphi-ähnlich gestaltet und verwendet unter Unix das GTK+ als
Grafik-Toolkit, unter Windows (win32/win64/wince) setzt es auf der nativen API auf, und auf AppleBetriebssystemen kann wahlweise die native Carbon-API oder das X-Window-System verwendet
werden. Darüber hinaus unterstützt Lazarus Cross Compiling, so dass auch Software für weitere
Plattformen wie Windows CE, OS/2, Palm OS oder Nintendo DS entwickelt werden kann. Lazarus ist
noch nicht fertiggestellt, in kurzen Abständen werden aber neue Betaversionen veröffentlicht, die – je
nach Plattform in unterschiedlichem Maße – einen wachsenden Teil der geplanten Funktionalität
implementieren.
Dev-Pascal – Eine unter Windows laufende IDE, die auf Free-Pascal oder GNU-Pascal als Compiler
aufsetzen kann. Wird nicht mehr weiterentwickelt.
Hallo Welt
Das Beispielprogramm Hallo Welt sieht in Pascal folgendermaßen aus:
program Hallo(output);
begin
writeln('Hallo Welt');
end.
oder in neueren Pascal-Versionen sieht das Programm so aus:
program Hallo;
begin
writeln('Hallo Welt');
end.
Ein Detail am Rande: In manchen alten Beispielen findet man ein READLNnach dem WRITELN-Befehl. Das war
nur notwendig, weil die I/O-Architektur der CDC-Cyber 6000, auf der Wirth den ersten Pascal-Compiler
entwickelte, das benötigte, um die internen Puffer zu leeren – sonst wäre im interaktiven Betrieb keine Ausgabe
zu sehen gewesen. IDEs konnte man mit diesem READLN zwingen, am Ende der Programmausführung nicht
sofort wieder in den Editor-Modus umzuschalten, was die Ausgabe bei manchen IDEs (z. B. Turbo-Pascal)
sonst hätte verschwinden lassen. Im Batch-Betrieb war das ohnehin nie notwendig.
Weiterentwicklungen
Oberon, Oberon-2
POW! – basiert auf Oberon und Pascal
Component Pascal – basiert auf Oberon
Embarcadero Delphi – Objektorientiertes Pascal als Weiterentwicklung von Borland Pascal, nun
CodeGear.
Free Pascal – eine zu Delphi weitgehend kompatible freie Implementierung. Dazu gibt es die Delphi
ähnliche IDE Lazarus.
RemObjects Chrome, Oxygene, nun lizenziert als Delphi Prism von CodeGear
PocketStudio
StatPascal
Modula-2
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Einzelnachweise
1. M. Jordan (15. Februar 2011): „Tag der Erfinder“ Heute: Niklaus Wirth (http://www.land-dererfinder.ch/?tag=niklaus-wirth) . www.land-der-erfinder.ch. Abgerufen am 21. Mai 2012.
2. Andreas Schwill: Programmierstile im Anfangsunterricht
(http://www.hyfisch.de/didaktik/Forschung/INFOS95.pdf) (PDF). Universität Paderborn,
Fachbereich Mathematik/Informatik. Abgerufen am 21. Mai 2012.
3. Programmierstile im Anfangsunterricht (http://www.delphi-treff.de/ueber-delphi/dasprodukt/historie/) . delphi-treff.de. Abgerufen am 21. Mai 2012.
Literatur
Kathleen Jensen, Nicolaus Wirth: Pascal User Manual and Report. ISO Pascal Standard. Broschiert,
266 Seiten, Springer-Verlag, 4th ed. 1991, ISBN 3-540-97649-3.
Steven Pemberton und Martin Daniels, Ellis Horwood: Pascal Implementation: The P4 Compiler and
Interpreter (http://homepages.cwi.nl/~steven/pascal/) , ISBN 0-13-653031-1.
Weblinks
Wikibooks: GNU-Pascal in Beispielen – Lern- und Lehrmaterialien
ISO-Pascal Übersichtseite. Sprachreferenz, Pascal-Grammatik, Geschichte, etc. (engl.)
(http://www.moorecad.com/standardpascal/)
UCSD-Pascal Source-Code (engl.) (http://www.bitsavers.org/bits/UCSD_Pascal/)
Brian W. Kernighan: Why Pascal is Not My Favorite Programming Language
(http://www.lysator.liu.se/c/bwk-on-pascal.html) , 1981, AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, New
Jersey. Ein Artikel, der ausführlich anhand von Beispielen auf die Nachteile von Pascal eingeht und Pascal
mit anderen Programmiersprachen wie C oder Fortran vergleicht.
Von „http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Pascal_(Programmiersprache)&oldid=110109911“
Kategorien: Programmiersprache Pascal Programmiersprache Blaise Pascal
Diese Seite wurde zuletzt am 4. November 2012 um 16:41 Uhr geändert.
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