用 Pascal 傳承程式

1970 年，Niklaus Wirth 為了實現、宣揚結構化程式設計，基於 ALGOL 60 開發了 Pascal 程式語言，在教授學生時使用，帶動了現代化程式設計的潮流。做為學術推廣用的 Pascal，結構嚴謹、規範周詳，在那個年代看到 Pascal 程式碼的人，相比其他結構化程式程式語言的凌亂，都會讚嘆有條有理的 Pascal 程式寫起來好優雅。

隨著時代變遷，過去的優雅現在看來顯得囉嗦，現在物件導向的動態語言感覺更優雅。要形容的話，Pascal 就像濃妝豔抹的優雅、端莊，現在的 Python 則是清新脫俗的優雅、可人。

不過就像日本學習傳統禮儀，藉傳承讓自己身心接受洗滌一樣，現在學 Pascal 程式設計，感受傳統結構化程式設計的精神，也頗有砥礪身心、讓自己煥然一新的妙用～

我不會推薦你用 Pascal 寫程式，雖然 GNU 旗下有專案持續發展這門程式語言，所以你可以用它開發軟體，能做的事要比 Java 和 Python 來得多，但能做不代表你會做，很多要有電腦工程的專業背景才做得出來，所以不具開發效率，學了也很難在職場上展現競爭力。不像 Java 和 Python 的 API，即使完全不懂原理，也能拼湊出想要的東西來，讓老闆和客戶笑開懷。但如果你會寫程式，卻感到寫程式的生活變乏味，找不到目標，我推薦你學 Pascal 語言，當興趣就好，來看看一代宗師 Niklaus Wirth 創作的語言，讓自己感受一下過去最優雅的程式語言，藉傳承最正統的結構化程式設計砥礪身心，會有煥然一新的自我。

準備

下載 Pascal

首先推薦 Free Pascal，它就像過去 DOS 時代的 Turbo Pascal 一樣，提供編譯器、還有藍白畫面的 IDE，濃濃 80 年代風味～

想開發視窗應用程式的話，可以用媲美 Delphi 的 Lazarus，或許你會愛上 Pascal。不過這樣就必須寫 Object Pascal，而物件導向的它一點也不優雅，反而不比 C++ 的雅痞。

我比較推薦寫傳統結構化程式設計的 Pascal，所以本文選擇 Free Pascal 來教學，而不是 Lazarus。

但學會 Pascal 語法，急著想開發應用軟體的話，應該改用視覺化開發環境、拉一拉元件就能寫程式的 Lazarus。這樣一來跟 Java 或 Python 比，到底誰有開發效率，就很難說了～

Hello, world!

用記事本寫入如下程式，並儲存檔案為 main.pas：

進入命令提示字元，然後用 Free Pascal 的 fpc.exe 編譯 main.pas，正常的話會編譯出 main.o 和 main.exe 兩個檔案，執行 main.exe 會顯示 Hello, world!：

參考手冊

Free Pascal 的 doc 資料夾裡，有完整的說明書，以 PDF 檔呈現，製作用心程度，就跟購買商業編譯器附的厚厚好幾本說明書一樣：

user.pdf	User's Guide
prog.pdf	Programmer's Guide
ref.pdf	Language Reference guide
rtl.pdf	Run-Time Library Reference guide
fcl.pdf	Free Component Library Reference guide

User's Guide

使用者指南，介紹 Free Pascal 軟體本身，即編譯器和編輯器的安裝與使用，與程式語言無關。基本上跳過不讀，等需要用到時，再翻開來找目錄查閱想要的資料。

Programmer's Guide

程式設計師指南，介紹系統工程師可以用 Free Pascal 完成哪些程式開發工作，像處理器和記憶體的控制啊、多執行緒的排程啊、與作業系統底層的訊息交換啊、最佳化編譯執行啊…還是看下一本好了～

Language Reference guide

語言工具書，寫程式時放在手邊查閱用的，這本不是教你 Pascal 語言怎麼用的，而是對語法的運作方式做深入說明。但根本就沒有詳細指導該怎麼用 Pascal 語言寫程式的書，所以新手或剛入門的人，真正要讀的還是這本。

Run-Time Library Reference guide

函式庫工具書，程式寫不出來就翻翻看有沒有現成的，有 1780 頁，跟大雄哭著找哆啦 A 夢有沒有道具一樣，每次都有新發現。

Free Component Library Reference guide

類別庫工具書，因為 Free Pascal 支援 Object Pascal。

基礎

區塊

主程式必須寫在區塊裡面，區塊以 begin 開始，end 結束。但隨著區塊的不同，end 後面會接不同的符號。

end. 表示整份程式碼到此結束。

連續出現區塊時，使用 end; 表示分隔，通常用在函式區塊的結束，因為函式與程序通常寫在主程式區塊外面，形成連續的區塊。

而像流程控制，每個指令分支下的區塊，本來就是各自獨立的，所以用 end 就好，不用加符號。

一個沒有意義，但能通過編譯，表現各種 begin end 關係的程式：

begin begin begin end end; begin begin begin end end; begin begin end end end end.
其實除了 if 結構以外，其他地方的 end 加 ; 分號並不會報錯，嫌麻煩的話一律用 end; 就好 XD　至少一律加分號報錯的機率，遠低於不加分號 XDDD

敘述

分號 ; 並不是敘述的結束，而是分隔多行敘述。

換句話說，只有一行敘述的話，並不用加分號。或者區塊內有多行敘述的話，最後一行的敘述其實不用加分號。

但加了分號也不會報錯，不加反而常常該加的也忘了加，時常報錯，所以個人習慣是所有敘述通通加分號。

大小寫

Pascal 不分大小寫，識別字 sayhello 和 SayHello 是一樣的名稱、var 和 Var 是一樣的指令、true 和 True 是一樣的值。

資料、宣告

宣告型態蠻多的，但基本上這四個就夠了：

integer	整數，大小隨 16, 32, 64-bit 系統而定。
single	單精度浮點數。
string	字串，使用 `'` 單引號，不能使用 `"` 雙引號。
boolean	false 和 true。

其次是：

cardinal	無號整數，大小隨 16, 32, 64-bit 系統而定。
double	倍精度浮點數。
char	字元。
pointer	指標（存取記憶體位址用）

還有資料結構以及物件導向的：

array	陣列
set	集合
record	紀錄（鍵值對資料）
class	類別
object	物件

直接將資料結構做為宣告納入 Pascal，也是這門語言的特色！當時的程式語言，資料結構是要自己寫的，頂多幫你寫好然後放到內建函式庫。但 Niklaus Wirth 認為「程式設計就是演算法加資料結構」，既然 Pascal 要用來教授學生什麼才是程式設計，就將資料結構的觀念也加到語言裡面，於是指令不是只有設計演算法的功能而已，還有資料結構的功能。

最後是固定位元數，大小範圍不變的：

byte	0 ~ 255
word	0 ~ 65535
shortint	-128 ~ 127
smallint	-32768 ~ 32767
longint	-2147483648 ~ -2147483647
int64	-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807
currency	只留小數 4 位的浮點數

剩下還有一個用來相容早期 Pascal 處理小數用的 real（實數）。早期各家編譯器對浮點數的設計都不一樣，直到 1980 年 Intel 推出 8087 這顆專門處理浮點數的輔助處理器，大家開始以它的設計為標準，甚至原生支援 8087 的浮點數省得自己來，速度又快，索性成為 IEEE 754 業界標準。1970 年就問世的 Pascal 也不例外，它使用介於 single (4-bit) 和 double (8-bit) 之間的 6-bit 設計浮點數，支援 IEEE 754 後，real 只做為相容舊版 Pascal 程式時使用，往後都用原生支援處理器浮點數的 single 和 double，光執行效率就差很多。

最後就是宣告變數要放在 var，宣告常數要放在 const，同樣型態的變數可用 , 宣告在一起，宣告時可同時用 = 給予預設值。

const i : integer = 123; s : string = 'abc'; var l : boolean; b : byte = 255; c1, c2, c3 : char; begin l := true; c1 := 'A'; end.

列舉

var E : (AAA, BBB, CCC, DDD, EEE); begin writeln(E.CCC); writeln(CCC); end.
CCC
CCC

陣列

var A : array[1..3] of integer; begin A[1] := 123; A[2] := 456; A[3] := A[1] + A[2]; writeln(A[3]); end.
579

集合

數列集合

var S : set of 1..10; begin S := [1, 3, 5, 7, 9]; writeln(1 in S); writeln(2 in S); end.
TRUE
FALSE

字元集合

var S : set of char; begin S := ['A', 'B', 'C', 'D', 'E']; writeln('C' in S); writeln('G' in S); end.
TRUE
FALSE

列舉集合

var S : set of (AAA, BBB, CCC, DDD, EEE); begin S := [AAA, CCC, EEE]; writeln(AAA in S); writeln(BBB in S); end.
TRUE
FALSE

紀錄

var R : record s : string; i : integer; end; begin R.s := 'ABC'; R.i := 123; writeln(R.s); writeln(R.i); end.
ABC
123

定義型態

type 可以定義型態，將複雜的資料結構寫成型態，往後只要簡單宣告一下就能使用。尤其多個變數用的是同樣資料結構時，就更需要定義成型態來用，才不會寫一堆重複的程式碼。

區間

type THitPoint = 0..5000; var hp : THitPoint; begin hp := 2331; end.

列舉

type TCharacter = (Amazon, Necromancer, Barbarian, Sorceress, Paladin); var character : TCharacter; begin character := Barbarian; end.

陣列

type TEquipment = array [1..10] of string; var equipments : TEquipment; begin equipments[1] := '不朽之王的碎魂者'; equipments[3] := '不朽之王的意志'; equipments[4] := '不朽之王的靈魂牢籠'; equipments[5] := '不朽之王的瑣事'; equipments[6] := '不朽之王的融爐'; equipments[7] := '不朽之王之柱'; equipments[8] := '金屬網格'; equipments[9] := '烏鴉之霜'; equipments[10] := '瑪那得的治療'; end.

集合

type TRune = set of (El, Eld, Tir, Nef, Eth, Ith, Tal, Ral, Ort, Thul); var runes : TRune; begin runes := [Tir, El]; end.

紀錄

type TAccount = record id : string; password : integer; end; var account : TAccount; begin account.id := 'Barblo'; account.password := 12345; end.

程序、函式

不傳回資料的話用 procedure，要傳回資料的話用 function。

procedure say(x : string); begin writeln(x); end; function hello() : string; begin hello := 'Hello!'; end; function goodbye() : string; begin goodbye := 'Bye~'; end; begin say(hello()); say(goodbye()); end.
Hello!
Bye~

程式、單元

Pascal 原始碼分 program 與 unit 兩種，前者是主程式，後者是外部程式，有了這層關係上的定義，就能在主程式使用外部程式。

不使用外部程式的話，主程式可以不寫 program。要使用外部程式的話，就必須寫上去，否則無法通過編譯。

unit 可做為程序導向程式設計的模組，也可做為物件導向程式設計的介面。

module.pas

unit module; interface procedure f(); implementation procedure f(); begin writeln('Hello!'); end; end.

main.pas

program main; uses module; begin f(); end.
Hello!

流程控制

if

var a : integer; begin a := 123; if a = 100 then begin writeln('Bingo'); end else if a > 100 then begin writeln('Bigger'); end else begin writeln('Smaller'); end end.
Bigger

case

var a : string; begin a := 'tw'; case a of 'us' : writeln('Unistate America'); 'tw' : writeln('Taiwan'); else writeln('Earth'); end end.
Taiwan

while

var n : integer; begin n := 1; while n <= 3 do begin writeln(n); n := n + 1; end end.
1
2
3

repeat

var n : integer; begin n := 1; repeat begin writeln(n); n := n + 1; end until n > 3; end.
1
2
3

for

var n : integer; begin for n := 1 to 3 do begin writeln(n); end end.
1
2
3

break, continue

使用 break 可以強制離開流程結構，使用 continue 可以跳過迴圈接下來的程式，再重新迴圈一次。

註解

{ 註解 } (* 註解 *) // 註解
Pascal 那個年代，很多國家的鍵盤配置只有 () 括號，沒有 {} 括號，且作業系統是 DOS 那種操作介面，沒辦法像現在容易找到其他辦法打出想要的符號，因此設計了 (* *) 的註解。

現在這些國家的鍵盤都有 AltGr 鍵，能按出各種字母和符號，已經不是問題。

即使沒有，Windows 作業系統也能靠 Ctrl+Alt 達到相同效果。

如果你覺得程式設計軟體總喜歡設計一堆 Ctrl+Alt+.. 組合鍵，就是這麼來的，反正他們平常都要按 Ctrl+Alt，索性多來幾個組合鍵功能。

焦點

結構化程式之美

看完上述基礎語法，來實際感受一下為何人們總說 Pascal 優雅了～

program main; const hello : string = 'Hello!'; var byebye : string; procedure say(x : string); begin if x = 'Hello!' Then x := 'Ahoy!'; writeln(x); end; function goodbye() : string; begin byebye := 'Bye~'; goodbye := byebye; end; begin say(hello); say(goodbye()); end.
首先是結構分明，常數、變數、程序、函式、主程式一目了然，可讀性高，容易找到想要的東西在哪。

然後是只在數據上使用符號，流程順序都用英文指令完成，所以程式碼讀起來就像唸著一段又一段的情節一樣，既流暢又自然。反觀 C 語言讀到 {} 之類的符號，因為沒意義總跳過不唸，讀起來就比較跳躍，情節陳鋪上便沒那麼流暢。當然，不是說 C 語言不好，Pascal 這樣做容易閱讀，C 語言則是方便編寫，各有各有的優點。

還有，範例程式碼沒用空行將不同區塊分隔開來，就已經條理分明，照單字讀完程式就差不多把程式碼的結構說出來了。我只有把 procedure 和 function 編排得像 const 和 var 而已。更進一步研究適合 Pascal 的編排風格，會更具可讀性、也更優美，你說這語言不值得一學嗎？

編譯器的訊息也是 Pascal 優雅的一環，你很容易從詳實的錯誤訊息中修正程式碼，還會提醒哪些變數沒用到、哪些資料超過型態大小、哪些設計有溢位的瑕疵…之類，讓你寫出更穩固的程式檔案。

傳統之美與現代之美

Pascal 能將語法複雜的靜態型別結構化程式語言，整理得這麼有條理，固然是很了不起的成就！然而，還有另一種優雅的表現方式，則是不讓程式語言這麼複雜，用簡約的語法讓事情變簡單，那本身就很有條理了。

進入 21 世紀，動態型別物件導向表述語言的 Python，讓我們看到另一種優雅的程式，而且感覺更迷人，已在 10 年代成為最受肯定的程式語言。

我不想說 Python 是比 Pascal 更優雅的語言，因為 Pascal 就是 Pascal，它才能將編譯式靜態型別傳統結構化程式語言表現得這麼優美。Python 既然是類型完全不同的語言，再優美也沒辦法做到 Pascal 能做的事。

我平常喜歡用 Python 寫程式，但我也喜歡寫 Pascal 程式讓它繼續走下去。如此一款編譯品質跟 C 語言同樣優良的程式語言，又有著更嚴謹、周詳的結構化語法，實在不該長期埋沒下去。

在 GNU 自由、開源下持續發展的 Free Pascal 與 Lazarus，說真的堪稱驚為天人之作，前者能在個人電腦和智慧型裝置及各種作業系統編譯出原生程式，後者能在桌面環境以視覺化操作介面開發視窗應用程式，善加使用的話，可以開創美好的程式設計願景。

只是知道的人少、推廣率低，希望有一天能見到 Pascal 登上業界主流。

進階

指標

所謂指標就是記憶體位址，宣告為指標的變數，能放進去的資料就是記憶體位址。而資料本來就是放在記憶體裡面，因此指標變數就是直接透過記憶體位址存取資料的變數。

資料型態前面使用 ^ 表示宣告指標，放在變數後面表示透過指標存取內容，對資料 @ 可取得記憶體位址。

^ 和 @

var i : integer = 123; p : ^integer; begin p := @i; writeln(integer(p^)) end.
123

pointer

var i : integer = 123; b : boolean = true; c : char = 'C'; p : pointer; begin p := @i; p := @b; p := @c; end.

類別與物件

雖然 Pascal 寫程序導向的程式很優雅，但是寫物件導向的話卻很醜，讀起來會吐血：

Example 1: 只一個操作功能的簡單物件

type TObject = object public procedure dosomething(); end; procedure TObject.dosomething(); begin writeln('Hello!'); end; var obj : TObject; begin obj.dosomething(); end.
Hello!

Example 2: 加入私有屬性、建構子、解構子的完整物件

type TObject = object private field : integer; public constructor new; destructor destroy; procedure dosomething(x : integer); end; constructor TObject.new; begin writeln('NEW'); end; destructor TObject.destroy; begin writeln('DESTROY'); end; procedure TObject.dosomething(x : integer); begin field := x * 2; writeln(field); end; var obj : TObject; begin obj.new; obj.dosomething(123); obj.destroy; end.
NEW
246
DESTROY

Example 3: 寫在單元裡

module.pas

unit module; interface type TObject = object public procedure dosomething(); end; implementation procedure TObject.dosomething(); begin writeln('Hello!'); end; end.

main.pas

program main; uses module; var obj : TObject; begin obj.dosomething(); end.
Hello!

程序導向程式設計是揭露細節越詳細，越能理解程式結構，Pascal 在這方面能夠詳實交代細節，所以能寫出優美的結構化程式。

但物件導向是越隱藏細節，越能發揮抽象的語意，這時 Pascal 詳實交代來龍去脈的特色，就成反作用，顯得繁文縟禮了。

反而以較多符號取代單字、且前後文不太交代區塊之間關係的 C++，寫出的物件導向程式，較能用「意會」的方式看待物件，而不是 Object Pascl 用「認知」的方式一窺物件。

雖然 C++ 稱不上優雅，但很雅痞，物件導向這彷若城市化發展中的繁雜社會，就適合這努力擠身為菁英的調調，不需要什麼優雅的身段。