Programmiersprache Pascal

Datenströme

Ein Datenstrom (stream) umfaßt Daten, die von einer Quelle zu einem Ziel fließen und dabei gegebenenfalls ihr Format, nicht jedoch ihren Bedeutungsgehalt verändern.

Moderne Programmiersprachen erlauben eine einheitliche Behandlung von Datenströmen, und zwar unabhängig von Quelle und Ziel (Hauptspeicher, Nutzer-Terminal, lokale Datenspeicher, lokales oder weltweites Rechnernetz).

In Standard Pascal ist von der Idee des Datenstromes noch wenig zu spüren, neuere Pascal-Realisierungen greifen die Idee (partiell) auf.

Im Zusammenhang mit Datenströmen werden zwei separate Aufgaben sichtbar:

die Kopie von Daten
- z.B. zur Archivierung bzw. Zwischenspeicherung auf einem externen Medium oder zur Übertragung von einem Rechner auf einen anderen
  im allgemeinen findet hier keine Formatänderung statt
- z.B. zur Interaktion mit dem Nutzer oder zur Präsentation von Ergebnissen
  oft ist dazu eine Transformation von dem rechnerinternen Format in das Textformat erforderlich
die Konvertierung von Daten
d.h. Wechsel des Datentyps

Beide Aufgaben überschneiden sich in einem Punkt: Für die Arbeit mit Textdateien ist häufig die Konvertierung von Daten erforderlich (z.B. Zahl - Zeichenkette).
Die Aufgaben sind jedoch nicht identisch: Zum einen werden Daten ohne Konvertierung kopiert (binäre Daten), zum anderen gibt es weitere Arten der Konvertierung (z.B. ganze Zahl - reelle Zahl).

In früheren Programmiersprach(version)en wurden beide Aufgaben getrennt und nach unterschiedlichen Konzepten gelöst:

spezielle Sprachmittel für die Arbeit mit bestimmten Speichermedien
Ein Beispiel dafür bieten alte Fortran-Versionen:
PRINT für die Ausgabe auf Drucker, PUNCH für die Ausgabe auf Lochkarte, READ für die Eingabe von Lochkarte, WRITE für die Ablage von Daten in Dateien.
spezielle Sprachmittel für die Konvertierung Zahl - Zeichenkette und umgekehrt
z.B. DECODE, ENCODE

Hier hat es inzwischen Verallgemeinerungen gegeben:

allgemeine Sprachmittel für die Arbeit mit Dateien
spezielle Ein- und Ausgabegeräte werden behandelt wie Dateien
Dateien, die über ein Rechnernetz angefordert werden, werden so behandelt wie lokale Dateien
Festlegung von Standardeingabe stdin und Standardausgabe stdout
stdin ist im interaktiven Betrieb der Tastatur zugeordnet und kann (mit Mitteln des Betriebssystems) auf eine Textdatei oder ein anderes zeichenbasiertes Eingabemedium (früher oft Lochkarte oder Lochstreifen) umgelenkt werden
stdout ist im interaktiven Betrieb dem Bildschirm zugeordnet und kann (mit Mitteln des Betriebssystems) auf eine Textdatei oder ein anderes zeichenbasiertes Ausgabemedium (z.B. Drucker) umgelenkt werden
gleiche oder verwandte Sprachmittel für das Lesen aus Textdateien bzw. Zeichenketten sowie für das Schreiben in Textdateien bzw. Zeichenketten (Gemeinsamkeit: Konvertierung)
Zeichenketten werden in diesem Zusammenhang als interne Dateien bezeichnet.

In Bezug auf die Sprachmittel ist zu unterscheiden:

Es gibt spezielle Sprachbefehle (Schlüsselworte).
Beispiel: Fortran.
Neuere Programmiersprachen wählen diesen Weg nicht, da er den Sprachumfang erhöht und die Entwicklung von Sprachübersetzern erschwert. Zudem wird die Empfindlichlichkeit der Sprache gegenüber Veränderungen auf Seiten der Rechentechnik beeinflußt.
Es gibt spezielle Unterprogramme.
Die Unterprogramme werden mit den Laufzeitbibliotheken des Programmiersystems zur Verfügung gestellt.
Diese Unterprogramme sind durch Anwenderprogramme
- nicht überschreibbar
  z.B. Standard Pascal
- überschreibbar
  z.B. einige Pascal-Versionen

Sprachen, bei denen der Umfang des vorgeschriebenen Laufzeitsystems gering ist, sichern zwar eine hohe Flexibilität, verführen die Entwickler von Programmiersystemen aber nicht selten dazu, eigene Erweiterungen vorzunehmen. Werden diese Erweiterungen von den Programmierern unkritisch genutzt, so ergeben sich oft Probleme bei der Portabilität der entwickelten Programme.
Dieses Problem ist auch bei Pascal und den Nachfolgesprachen Modula und Oberon zu beachten, da der Sprachschöpfer N. Wirth bewußt Wert auf die Kompaktheit seiner Sprachen gelegt hat.
Besonders Turbo Pascal und das darauf beruhende Delphi besitzen eine Vielzahl von nicht portablen Erweiterungen !

Dateien

Bei der Arbeit mit Dateien ist zu unterscheiden:

Ablageformat

binäre Dateien
Daten werden so abgelegt, wie sie rechnerintern gespeichert werden
Vorteil: keine Konvertierung, (einfache) Verschlüsselung bei Daten, die rechnerintern nicht als Zeichenfolge vorliegen
Nachteil: Manuelle Auswertung ist nur sehr eingeschränkt möglich, dies erschwert z.B. Tests
Unterschieden werden können
- typisierte binäre Dateien
  die Datei besteht aus Datensätzen mit gleicher Länge und einer festen Struktur
  jeder Datensatz läßt als Wert eines - skalaren oder aggregierten - Datentyps auffassen, dem eine bestimmte Bedeutung zukommt
- untypisierte binäre Dateien
  die Datei besitzt - aus Sicht des Pascal-Programms - keine Struktur
  es werden rein formal Datensätze mit fester Länge gebildet, die Daten innerhalb eines Datensatzes haben im allgemeinen keine inhaltliche Bindung
Textdateien
alle Daten werden im Textformat abgelegt
Vorteil: Manuelle Auswertung einfach
Nachteil: Textdateien sind meist länger als Binärdateien mit bedeutungsgleichem Inhalt

Bemerkung:
Werden ausschließlich Daten abgelegt, die rechnerintern als Zeichen bzw. Zeichenkette vorliegen, so sind - je nach Implementierung - Binär- und Textdatei entweder identisch oder zumindest sehr ähnlich aufgebaut.

Zugriffsart

sequentieller Zugriff
Daten können ausschließlich in der Reihenfolge
- gelesen werden, in der sie gespeichert sind,
- geschrieben werden, in der sie gespeichert werden
Vorteil: Daten können unstrukturiert sein
Nachteil: lange Zugriffszeiten, wenn bei großen Dateien ausgewählte Daten in wechselnder Reihenfolge gelesen werden müssen
Direktzugriff
Daten können in anderer Reihenfolge gelesen oder geschrieben werden als sie gespeichert sind
Vorteil: kürzere Zugriffszeiten
Nachteil: Daten müssen strukturiert sein
index-sequentieller Zugriff

Zugriffsrecht

Lesen
Schreiben - Überschreiben (rewrite)
Schreiben - Anfügen (append)

Bemerkung: Ein Einfügen ist beim Schreiben nicht unmittelbar möglich, die Datei muß dafür neu aufgebaut werden. Folgezustand

Datei bleibt erhalten
Datei wird gelöscht

Programmiersprachen stellen zur Arbeit mit Dateien im allgemeinen folgende Operationen bereit:

Deklaration einer Dateivariablen
Dateien werden bei Ein- und Ausgabeoperationen nie mit ihrem Namen angesprochen, sondern stets unter Vermittlung der Dateivariablen
(nicht in allen Sprachen handelt es sich dabei im syntaktischen Sinn um Variablen)
Bindung der Dateivariablen an einen Dateinamen
Eröffnung der Datei
löst im allgemeinen eine Aktivität des Betriebssystems aus
Setzen des Positionszeigers
Festlegung der Position innerhalb der Datei, ab der gelesen bzw. geschrieben werden soll
Abfrage des Positionszeigers
Abfrage von Dateiattributen
Informationen über die Datei einholen, die aktuell an eine Dateivariable gebunden ist (Name, Zugriffsart, Zugriffsrecht, usw.
Lesen
ab Position des Positionszeigers
Schreiben
ab Position des Positionszeigers
Schließen der Datei
löst im allgemeinen eine Aktivität des Betriebssystems aus

Häufig löst eine Anweisung mehrere Operationen aus, teils explizit, teils implizit (Nebeneffekt).

P. Böhme, 02.09.1995