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Pascal (Programmiersprache)

Pascal
Paradigmen: imperativ, strukturiert
Erscheinungsjahr: 1972
Entwickler: Niklaus Wirth
Dialekte: UCSD-Pascal, Borland Turbo Pascal
Einflüsse: ALGOL
Beeinflusste: Modula-2, Ada, Delphi, Chrome, WEB

Mit der Programmiersprache Pascal (benannt nach Blaise Pascal) führte Niklaus Wirth an der ETH Zürich 1972 die strukturierte Programmierung ein.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeines zur Sprache

Pascal ist eine Weiterentwicklung von Algol 60.

Die Sprache wurde von Niklaus Wirth als Lehrsprache entwickelt. Sie wurde deshalb so einfach und strukturiert wie möglich gestaltet. Ihre große Verbreitung in der professionellen Programmierung fand sie als Borland/Turbo Pascal (Delphi) – gegenüber dem Ur-Pascal wesentlich erweiterte und verbesserte Versionen.

Der erste Pascal-Compiler selbst entstand auf der CDC Cyber 6000 der ETH Zürich. Daraus entstand dann Pascal 6000, welches 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 sogenannte Ein-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 Geschwindigkeit der Rechner war dies ein großer Vorteil.

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 Fortran, auch eine bessere Unterstützung von strukturierter Programmierung.

Ein wichtiges Konzept, das Wirth zur Anwendung brachte, ist die starke Typisierung (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 zwei Ausnahmen:

Heute findet Pascal im universitären Bereich (Entwicklung/Ausbildung) und in sicherheitskritischen Bereichen (z. B. Verkehrstechnik, Energieversorgung, Medizintechnik, Raumfahrt, Militär, teilweise im Banken/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. 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. Im Consumerbereich erlangte Pascal zeitweilig eine sehr weite Verbreitung, die jedoch mit neueren MS-Windows-Versionen wieder zurückging.

Datentypen

Pascal kennt als einfache Datentypen char, boolean, integer, real und 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 text entspricht der Definition file 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.

Kontrollstrukturen

Kontrollstrukturen sind if then else, case (in Dialekten mit einem else oder otherwise versehen), for, repeat, while und goto. Da Pascal der strukturierten Programmierung dient, soll das goto lediglich strukturerhöhend eingesetzt werden. Pascal unterstützt in seiner Urform keine Anweisungen, mit denen Prozeduren oder Schleifen hart verlassen werden können. Als strukturerhöhendes goto werden 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.

Nachteile

Da die Sprache ursprünglich nur als Lehrsprache konzipiert war, wies das Standard Pascal (wie es N. Wirth definierte) einige Mängel auf, die den kommerziellen Einsatz erschwerten: Das Konzept für Dateizugriffe („file I/O“) war schwach, 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 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 – ein Manko, das mit der Weiterentwicklung Modula-2 behoben wurde. Plattformspezifische Implementierungen sahen für diese Lücke ebenfalls immer eine Lösung vor (z. B. die Units von Turbo-Pascal, oder später die Module in ANSI/ISO Extended Pascal).

Unterschiede zu C

Standards

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 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 FreePascal 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.

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.

Pascal fand 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 gekennzeichent. Die Objektorientierung wurde dabei mit Version 5.5 eingeführt.

Heute gibt es einige Freeware-Implementationen:

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.

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 %ig 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.

Die folgenden Freeware-IDE-Implementationen existieren:

Dev-Pascal

Eine unter Windows laufende IDE, die auf Free-Pascal oder GNU-Pascal als Compiler aufsetzen kann. Wird nicht mehr weiterentwickelt.

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.

Hallo Welt

Das Beispielprogramm Hallo Welt sieht in Pascal folgendermaßen aus:

program Hallo (input, 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 READLN- nach 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

Literatur