Invest-currency.ru

Как обезопасить себя в кризис?
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основы структурного программирования методы структурного программирования

СТРУКТУРНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ;

Структурное программирование –это проектирование, написание и тестирование программы в соответствии с жестким соблюдением определенных правил.

Основная цель структурного программирования – повышение производительности программистов. Другими целями являются:

– избавиться от плохой структуры программы;

– создавать программы и документацию к ним, которые можно было бы понимать, сопровождать и модифицировать без участия авторов (стоимость сопровождения и модификации, как правило, в 3-5 раз больше стоимости разработки).

Структурное программирование (или метод пошаговой детализации) включает:

1. Метод нисходящего проектирования. Его еще называют методом «сверху вниз» или «от общего к частному». Он предполагает разбиение задачи на несколько более простых частей или подзадач. Их выделяют таким образом, чтобы проектирование подзадач было независимым. При этом составляют план решения всей задачи, пунктами которого и являются выделенные части. План записывают графически в виде функциональной схемы (схемы иерархии, подчинения), где определяют головную и подчиненные подзадачи и связи между ними, т.е. интерфейс. Здесь же устанавливается, какие начальные данные (или значения) получает каждая подзадача для правильного функционирования и какие результаты она выдает. Затем производят детализацию каждой подзадачи. Число шагов детализации может быть произвольным. Детализацию продолжают до тех пор, пока не станет ясно, как программировать данный фрагмент алгоритма.

2. Структурное программирование. Реализация идеи структурного программирования основывается на том факте, что правильная программа любой сложности может быть представлена логической структурой, представляющей собой композицию трех базовых (логических или управляющих) структур, определяющих правила обработки данных: следования (линейная), разветвления (условного перехода) и повторения (цикла).

3. Сквозной структурный контроль. Он представляет собой регулярные проверки и согласования результатов работы исполнителей — программистов различных структур. Его необходимость определяется желанием разработчиков снизить стоимость разрабатываемых программ. Обязательным условием этого является раннее обнаружение и исправление возникающих ошибок и не состыковок.

Таким образом, метод составления алгоритма и программы именуемый «сверху вниз» или «от общего к частному» состоит в сведении сформулированной задачи к последовательности более простых подзадач, легче поддающихся обработке в отдельности, чем целиком исходная программа. Последовательное выделение из исходной задачи все более простых подзадач обеспечивает представление алгоритма решения исходной задачи как композиции алгоритмов выделенных подзадач.

Вместе взятые (выделенные) алгоритмы подзадач образуют систему, управление которой должен взять на себя алгоритм-диспетчер. Его называют главным (или головным), а все остальные подчиненными. Схему, отображающую уровень и взаимосвязь, взаимодействие алгоритмов, как головного, так и подчиненных, называют функциональной схемой – это схема иерархии алгоритмов.

Подчиненный алгоритм должен иметь один вход и один выход. Для него необходимо задать цель и определить множество допустимых входных значений (формальных параметров-значений), возможные собственные (локальные, внутренние) объекты и возможные побочные (волновые) эффекты (выход параметров за область допустимых значений, изменение значений параметров, в частности, получение результатов и/или вывод данных). Таким образом, подчиненный алгоритм – это элемент функциональной схемы алгоритма, реализующий одну самостоятельную подзадачу.

Часть алгоритма, организованная как простое действие, т.е. имеющая один вход и один выход, называется функциональным блоком.

Структурное программирование

Структурное программирование – это метод, предполагающий создание улучшенных программ. Он служит для организации проектирования и кодирования программ таким образом, чтобы предотвратить большинство логических ошибок и обнаружить те, которые допущены.

Используя язык высокого уровня (такой как Фортран) программисты могли писать программы до несколько тысяч строк длиной. Однако язык программирования, легко понимаемый в коротких программах, когда дело касается больших программ, становится нечитабельным (и неуправляемым). Избавление от таких неструктурированных программ пришло после создания в 1960 году языков структурного программирования. К ним относятся языки Алгол, Паскаль и С.

Структурное программирование подразумевает точно обозначенные управляющие структуры, программные блоки, отсутствие инструкций GOTO, автономные подпрограммы, в которых поддерживается рекурсия и локальные переменные. Главным в структурном программировании является возможность разбиения программы на составляющие ее элементы. Используя структурное программирование, средний программист может создавать и поддерживать программы свыше 50 000 строк длиной.

Структурное программирование тесно связано такими понятиями как «нисходящее проектирование» и «модульное программирование».

Метод нисходящего проектирования предполагает последовательное разложение функции обработки данных на простые функциональные элементы («сверху-вниз»).

В результате строится иерархическая схема, отражающая состав и взаимоподчиненость отдельных функций, которая носит название функциональная структура алгоритма (ФСА) приложения.

Функциональная структура алгоритма приложения разрабатыается в следующей последовательности:

1) определяются цели автоматизации предметной области и их иерархия;

2) устанавливается состав приложений (задач обработки), обеспечивающих реализацию поставленных целей;

3) уточняется характер взаимосвязи приложений и их основные характеристики (информация для решения задач, время и периодичность решения и др.);

4) определяются необходимые для решения задач функции обработки данных;

5) выполняется декомпозиция функций обработки до необходимой структурной сложности, реализуемой предполагаемым инструментарием.

Подобная структура приложения отражает наиболее важное – состав и взаимосвязь функций обработки информации для реализации приложений, хотя и не раскрывает логику выполнения каждой отдельной функции, условия или периодичность их вызовов.

Разложение должно носить строго функциональный характер, т.е. отдельный элемент ФСА должен описывать законченную содержательную функцию обработки информации, которая предполагает определенный способ реализации на программном уровне.

Модульное программирование основано на понятии модуля логически взаимосвязанной совокупности функциональных элементов, оформленных в виде отдельных программных модулей. Модульное программирование рассматривается в разд 7.

Структурное программированиесостоит в получении правильной программы из некоторых простых логических структур. Оно базируется на строго доказанной теореме о структурировании, которая утверждает, что любую правильную программу (с одним входом, одним выходом, без зацикливания и недостижимых команд) можно написать с использованием только следующих основных логических структур:

· циклической (цикл, или повторение).

Эта теорема была сформулирована в 1966 г. Боймом и Якопини (Corrado Bohm, Guiseppe Jacopini). Главная идея теоремы – преобразовать каждую часть программы в одну из трех основных структур или их комбинацию так, чтобы неструктурированная часть программы уменьшилась. После достаточного числа таких преобразований оставшаяся неструктурированной часть либо исчезнет, либо становится ненужной. В теореме доказывается, что в результате получится программа, эквивалентная исходной и использующая лишь упоминавшиеся основные структуры.

Комбинации правильных программ, полученные с использованием этих трех основных структур, также являются правильными программами. Применяя итерацию и вложение основных структур, можно получить программу любого размера и сложности. При использовании только указанных структур отпадает необходимость в безусловных переходах и метках. Поэтому иногда структурное кодирование понимают в узком смысле как программирование без «GOTO».

В алгоритмическом языке С (С++) для реализации структурного кодирования используются следующие операторы:

· объявление (только в С++).

Структура «следование»(рис. 5.1, а) реализуется составным оператором, оператором-выражение, asm-оператором и др.

Составной оператор, или блок, представляет собой список (возможно, пустой) операторов, заключенных в фигурные скобки . Синтаксически блок рассматривается как единый оператор, но он влияет на контекстидентификаторов, объявленных в нем. Блоки могут иметь любую глубину вложенности.

Оператор-выражение представляет собой выражение, за которым следует точка с запятой. Его формат следующий:

Компилятор языка C++ выполняет операторы-выражения, вычисляя выражения. Все побочные эффекты от этого вычисления завершаются до начала выполнения следующего оператора. Большинство операторов-выражений представляют собой операторы присваивания или вызовы функций (например, printf(), scanf() ). Особым случаем является пустой оператор, состоящий из одной точки с запятой (;). Пустой оператор не выполняет никаких действий. Однако он полезен в тех случаях, когда синтаксис C++ ожидает наличия некоторого оператора, но по программе он не требуется (например, бесконечный цикл for ).

Asm-операторы обеспечивают программирование на уровне ассемблера (использование указателей, побитовые операции, операции сдвига и т.д.). Используя ассемблерный язык для обработки подпрограмм критических ситуаций, многократно повторяющихся операций, можно повысить скорость оптимизации без какого-либо усовершенствования языка высокого уровня.

Структура «развилка» (рис. 5.1, б, в) реализуется операторами выбора. Операторы выбора, или операторы управления потоком, выполняют выбор одной из альтернативных ветвей программы, проверяя для этого определенные значения. Существует два типа операторов выбора: if. else и switch.

Читать еще:  Записать математическое выражение на языке паскаль

Базовый оператор if(рис. 5.1, б) имеет следующий формат:


Язык C++ в отличие от, например, языка Паскаль не имеет специального булевого типа данных. В условных проверках роль такого типа может играть целочисленная переменная или указатель на тип. Условное_выражение должно быть записано в круглых скобках. Это выражение вычисляется. Если оно является нулевым (или пустым в случае типа указателя), мы говорим, что условное_выражение ложно(false); в противном случае оно истинно(true).

Если предложение else отсутствует, а условное_выражение дает значение «истина», то выполняется оператор_если_»истина»; в противном случае он игнорируется.

Если задано предложение оператор_если_»ложь», а условное_выражение дает значение «истина», то выполняется оператор_если_»истина»; в противном случае выполняется оператор_если»ложь».

Преобразования указателей выполняются таким образом, что значение указателя всегда может быть корректно сравнено с выражением типа константы, дающим 0. Таким образом, сравнение для пустых указателей может быть сделано в виде:

if (!ptr). или if (ptr = = 0).

Оператор_если_»ложь» и оператор_если_»истина» сами могут являться операторами if, что позволяет организовывать любую глубину вложенности условных проверок. При использовании вложенных конструкций if. else следует быть внимательным и обеспечивать правильный выбор выполняемых операторов. Любая неоднозначность конструкции «else» разрешается сопоставлением else с последним найденным на уровне данного блока if без else.

if (x == 1)

if (y == 1) puts(«x=1 и y=1»);

else puts(«x != 1»);

дает неверное решение, так как else, независимо от стиля записи, сопоставляется не с первым, а со вторым if. Поэтому правильная запись последней строчки должна быть такой:

else puts(«x=1 и y!=1»);

Однако с помощью фигурных скобок можно реализовать и первую конструкцию:

if (x = = 1)

if (y = = 1) puts(«x = и y=1»);

else puts(«x != 1»); // правильное решение

Оператор switch (см. рис. 5.1, в) использует следующий базовый формат:

switch (переключающее_выражение) case_оператор;

Он позволяет передавать управление одному из нескольких операторов с меткой case в зависимости от значения переключающего_выражения. Любой оператор в case_операторе (включая пустой оператор) может быть помечен одной (или более) меткой варианта:

caseконстантное_выражение_i : case_оператор_i;

где каждое константное_выражение_i должно иметь уникальное целочисленное значение (преобразуемое к типу переключающего_выражения) в пределах объемлющего оператора switch.

Допускается иметь в одном операторе switch повторяющиеся константы case.

Оператор может иметь также не более одной метки default:

После вычисления переключающего_выражения выполняется сопоставление результата с одним из константных_выражений_i. Если найдено соответствие, то управление передается case_оператору_i с меткой, для которой найдено соответствие. Если соответствия не найдено и имеется метка default, то управление передается оператору_умолчания. Если соответствие не найдено, а метка default отсутствует, то никакие операторы не выполняются. Для того чтобы остановить выполнение группы операторов для конкретного варианта, следует использовать оператор break.

Методы структурного программирования

1. Проектирование и кодирование сверху вниз. Если проект боль­шой, то он разби­вается на части, которые представляют собой древовид­ную структуру. Сначала задача описывается на естественном языке, в даль­нейшем проект постепенно уточняется, и на каждом таком шаге выявляются детальные функции. Таким образом, задача разбивается на под­задачи до тех пор, пока они не станут настолько простыми, что каждой из них будет соответствовать один программный модуль.

Достоинства: хорошая комплексная отладка, заказчик участвует в проектировании, промежуточные результаты можно показать заказчику.

Недостатки: слабая автономная отладка модулей, наличие программ‑заглушек.

Обычно для простых проектов применяется метод «сэндвича». Для одних частей используется метод нисходящего, а для других — метод восходящего проектирования.

2. Модульное программирование ‑ процесс разбиения программы на отдельные модули. Модуль ‑ это последовательность логически связан­ных фрагментов, оформленных как отдельная часть программы.

Свойства модуля: возникает в результате отдельной компиляции; вызывается по его имени; возвращает управление тому, кто его вызывал; может обращаться к другим модулям, непосредственно нижестоящим в схеме иерархии; должен быть небольшого размера; должен иметь один вход и один выход; не должен сохранять историю своих вызовов для управ­ления своим функционированием; обладает единственной функцией; дол­жен быть независимым от других модулей; должен содержать тесно свя­зан­ные элементы; должен проверять аргументы; при возникновении в модуле ошибок управление должно возвращаться обратно; должен быть замкнутым.

3. Защитное программирование. Это такой стиль написания прог­рамм, при котором появляющиеся ошибки легко обнаруживаются и идентифицируются программистом. Средства защитного программиро­ва­ния: все входные данные или действия пользователя подлежат обяза­тель­ной проверке; принцип немедленного обнаружения ошибок; изолирование последствий ошибок. Для предотвращения ошибок в программе рекомен­ду­ется не применять непроверенные способы программирования. Не исполь­зуйте принцип умолчания (когда при отсутствии некоторого параметра программа принимает некоторое определенное значение этого параметра). Не допускайте зависимости программ от недостоверности данных. Стремитесь минимизировать число обращений к пользователю.

Тестирование ‑ процесс обнаружения ошибок программы. Тестовые при­меры разрабатываются постановщиком на этапе разработки алгоритма. Обычно вместо одного теста готовится целая серия тестов. С целью выяв­ле­ния ошибок организуется сквозной структурный контроль (прос­мотр). В этом случае собираются 4‑6 специалистов, которые получают не­об­хо­ди­мые материалы за 5-7 дней до начала совещания. Время совещания огра­ни­чи­вает­ся двумя часами. Ведущий совещание обеспечивает сос­тавление пол­ного списка обнаруженных ошибок. В начале совещания экс­пер­ты ха­рактеризуют степень завершенности и качества проекта. Разра­ботчик дела­ет обзор проделанной работы, результаты подвергаются груп­повому ана­ли­зу. По окончании совещания председатель вручает каждому члену совещания список ошибок и проблем, требующих решения. Раз­работчик обя­зан устранить ошибки, донести до сведения эксперта. Реко­мен­дуется тестирование сверху вниз. Первый тест должен быть простым, так как он должен показывать работу этой программы вообще. Следующие тесты, пред­назначенные для проверки общей организации программы, обес­печивают обнаружение грубых ошибок. Повторно тестируйте исправ­лен­ный код. Ведите журнал обнаруженных ошибок и изменений программы.

Этапы тестирования

· Проверка в нормальных условиях, т.е. программа выдает нор­­маль­­­­ные результаты для характерной совокупности данных.

· Проверка в экстремальных условиях, т.е. проверка в пригра­ничных областях допустимых изменений (минимальные, максимальные допус­тимые значения, нулевые данные, пустые циклы, массивы, файлы).

· Проверка в исключительных ситуациях.

4. Наглядность исходных текстов программ. Стиль программиро­ва­ния ‑ это набор приемов программирования, которые позволяют полу­чать правильные, эффективные, удобные для применения и легко чи­тае­мые программы. Стиль связан с удобочитаемостью программы.

Необходимо стандартизировать свой стиль программирования. Если существует более одного способа сделать что‑либо, то вы должны остано­ви­ться на одном из них и придерживаться его всегда.

Рекомендации. Вводный комментарий объясняет назна­чение и условие применения. Пояснительные комментарии сопровож­дают те части программы, которые трудно понять. Пробелы вставляют повсюду, где это приводит к улучшению читабельности прог­рам­мы. Имя переменной формируют на основе хранящейся информации. Пе­ре­менные следует явно объявлять. Имена должны отображать смысл со­дер­жания. Допускается пре­фик­сная или венгерская нотация (предложенная венгром Шарле Симони в начале 80­‑х годов), которая отражает тип пе­ре­мен­ной или объекта (п. 5.1). Составные имена следует писать через знак под­черкива­ния или на­чи­нать с прописных букв. Используйте общепри­ня­тые име­на (Get, Put, Calc и др.), которые описывают действия.

Правила сокращения имен: в сокращение всегда должны входить начальные буквы; согласные важнее гласных; начало слова важнее его кон­ца; длина сокращения ограничивается числом 15; списки имен в коман­дах объявления упорядочиваются по алфавиту. Используйте общеприня­тые сокращения.

Отступы от начала строки: при записи операторов и для указания связи между ними делаются одинаковые отступы от начала строки в размере трех позиций, т.е. отступами выделяются структуры вложенности отдельных фрагментов программы.

5. Гибкость и эффективность программ. Выносите часто изме­ня­емые константы, адреса и имена файлов, баз в отдельные файлы настрой­ки, ресурсов или регистрации. Оптимизируйте програм­му пос­ле ее отлад­ки. Используйте именованные константы вместо обыч­ных. Ми­ни­ми­зи­руй­те применение глобальных переменных, вложенных структур и команд перехода Goto. Ограничивайте дей­ствия над параметрами подпрограмм (ByVal, ByRef, Optional) (п. 2.10.2).

Общие рекомендации программисту. Помните: программы чи­тают­ся людьми! Не нужно делать комментариев больше, чем это не­обходимо. Используйте вводные комментарии. Располагайте ком­­мен­тарии в программе таким образом, чтобы это не делало ее менее наглядной. Одного оператора в строке достаточно. Для выделения струк­ту­ры используйте отступы. Фиксируйте соответствие букв кирил­лицы и букв ла­тин­ского алфавита. Стремитесь к простоте и к уни­вер­сальности. Исполь­зуй­те постоян­ные приемы программирования. Унифи­цируй­те форматы ввода и вывода информации. Обеспечивайте макси­маль­но удобный интер­фейс пользователю. Интересуйтесь, как эксплуатируется программа. Уста­нав­ливайте более скромные цели (рабо­тающие программы гораздо полез­нее и важнее незаконченных громадных проектов). Умень­шай­те сложность пу­тем разбиения программы на отдель­ные части (моду­ли, подпрограммы). Слож­ность возрастает квадратично размеру прог­рам­мы. Упрощение дос­ти­га­ется методом структурного прог­раммиро­ва­ния. За­ме­на циклов или вло­жен­ных конструкций на функции упрощает модуль. Общая схема упроще­ния — разбиение прог­рам­мы на модули и оформление каждого модуля в ви­де процедуры, функции, класса., компонента или ActiveX‑элемента.

Читать еще:  Php программирование что это

Лекция №1. Структурный подход к программированию

Программирование — сравнительно молодая и быстро развивающаяся отрасль науки и техники. Опыт ведения реальных разработок и совершенствования имеющихся программных и технических средств постоянно переосмысливается, в результате чего появляются новые методы, методологии и технологии, которые, в свою очередь, служат основой более современных средств разработки программного обеспечения. Исследовать процессы создания новых технологий и определять их основные тенденции целесообразно, сопоставляя эти технологии с уровнем развития программирования и особенностями имеющихся в распоряжении программистов программных и аппаратных средств.

Технологией программирования называют совокупность методов и средств, используемых в процессе разработки программного обеспечения. Как любая другая технология, технология программирования представляет собой набор технологических инструкций, включающих:

  • указание последовательности выполнения технологических операций;
  • перечисление условий, при которых выполняется та или иная операция;
  • описания самих операций, где для каждой операции определены исходные данные, результаты, а также инструкции, нормативы, стандарты, критерии и методы оценки и т. п.

Кроме набора операций и их последовательности, технология также определяет способ описания проектируемой системы, точнее модели, используемой на конкретном этапе разработки.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) определяется как технология создания сложного программного обеспечения, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного типа (класса), а классы образуют иерархию с наследованием свойств. Взаимодействие программных объектов в такой системе осуществляется путем передачи сообщений.

Основным достоинством объектно-ориентированного программирования по сравнению с модульным программированием является «более естественная» декомпозиция программного обеспечения, которая существенно облегчает его разработку. Это приводит к более полной локализации данных и интегрированию их с подпрограммами обработки, что позволяет вести практически независимую разработку отдельных частей (объектов) программы. Кроме этого, объектный подход предлагает новые способы организации программ, основанные на механизмах наследования, полиморфизма, композиции, наполнения. Эти механизмы позволяют конструировать сложные объекты из сравнительно простых. В результате существенно увеличивается показатель повторного использования кодов и появляется возможность создания библиотек классов для различных применений.

Бурное развитие технологий программирования, основанных на объектном подходе, позволило решить многие проблемы. Так были созданы среды, поддерживающие визуальное программирование, например, Delphi, C++ Builder, Visual C++ и т. д. При использовании визуальной среды у программиста появляется возможность проектировать некоторую часть, например, интерфейсы будущего продукта, с применением визуальных средств добавления и настройки специальных библиотечных компонентов. Результатом визуального проектирования является заготовка будущей программы, в которую уже внесены соответствующие коды.

Можно дать обобщающее определение: объект ООП — это совокупность переменных состояния и связанных с ними методов (операций). Упомянутые методы определяют, как объект взаимодействует с окружающим миром.

Под методами объекта понимают процедуры и функции, объявление которых включено в описание объекта и которые выполняют действия. Возможность управлять состояниями объекта посредством вызова методов в итоге и определяет поведение объекта. Эту совокупность методов часто называют интерфейсом объекта.

Структурное программирование (СП) возникло как вариант решения проблемы уменьшения СЛОЖНОСТИ разработки программного обеспечения.

В начале эры программирования работа программиста ничем не регламентировалась. Решаемые задачи не отличались размахом и масштабностью, использовались в основном машинно-ориентированные языки и близкие к ним язык типа Ассемблера, разрабатываемые программы редко достигали значительных размеров, не ставились жесткие ограничения на время их разработки.

По мере развития программирования появились задачи, для решения которых определялись ограниченные сроки все более сложных задач с привлечением групп программистов. И как следствие, разработчики столкнулись с тем, что методы, пригодные для разработки небольших задач, не могут быть использованы при разработке больших проектов в силу сложности последних.

Таким образом, цель структурного программирования — повышение надежности программ, обеспечение сопровождения и модификации, облегчение и ускорение разработки.

Методология структурного императивного программирования — подход, заключающийся в задании хорошей топологии императивных программ, в том числе отказе от использования глобальных данных и оператора безусловного перехода, разработке модулей с сильной связностью и обеспечении их независимости от других модулей.

Подход базируется на двух основных принципах:

· Последовательная декомпозиция алгоритма решения задачи сверху вниз.

· Использование структурного кодирования.

Напомним, что данная методология является важнейшим развитием императивной методологии.

Происхождение, история и эволюция. Создателем структурного подхода считается Эдсгер Дейкстра. Ему также принадлежит попытка (к сожалению, совершенно неприменимая для массового программирования) соединить структурное программирование с методами доказательства правильности создаваемых программ. В его разработке участвовали такие известные ученые как Х. Милс, Д.Э. Кнут, С. Хоор.

Методы и концепции, лежащие в основе структурного программирования. Их три

Метод алгоритмической декомпозиции сверху вниз — заключается в пошаговой детализации постановки задачи, начиная с наиболее общей задачи. Данный метод обеспечивает хорошую структурированность. Метод поддерживается концепцией алгоритма.

Метод модульной организации частей программы — заключается в разбиении программы на специальные компоненты, называемые модулями. Метод поддерживается концепцией модуля.

Метод структурного кодирования — заключается в использовании при кодировании трех основных управляющих конструкций. Метки и оператор безусловного перехода являются трудно отслеживаемыми связями, без которых мы хотим обойтись. Метод поддерживается концепцией управления

Структурные языки программирования. Основное отличие от классической методологии императивного программирования заключается в отказе (точнее, той или иной степени отказа) от оператора безусловного перехода.

«Важным для программиста свойством синтаксиса является возможность отразить в структуре программы структуру лежащего в ее основе алгоритма. При использовании для построения программы метода, известного под названием структурное программирование, программа конструируется иерархически — сверху вниз (от главной программы к подпрограммам самого нижнего уровня), с употреблением на каждом уровне только ограниченного набора управляющих структур: простых последовательностей инструкций, циклов и некоторых видов условных разветвлений. При последовательном проведении этого метода структуру результирующих алгоритмов легко понимать, отлаживать и модифицировать. В идеале у нас должна появиться возможность перевести построенную таким образом схему программы прямо в соответствующие программные инструкции, отражающие структуру алгоритма.»

Теорема о структурировании (Бёма-Джакопини (Boem-Jacopini)): Всякую правильную программу (т.е. программу с одним входом и одним выходом без зацикливаний и недостижимых веток) можно записать с использованием следующих логических структур — последовательность, выбора и повторение цикла

Следствие 1: Всякую программу можно привести к форме без оператора goto.

Следствие 2: Любой алгоритм можно реализовать в языке, основанном на трех управляющих конструкциях -последовательность, цикл, повторение.

Следствие 3: Сложность структурированных программ ограничена, даже в случае их неограниченного размера.

Структурное программирование- это не самоцель. Его основное назначение- это получение хорошей («правильной») программы, однако даже в самой хорошей программе операторы перехода goto иногда нужны: например — выход из множества вложенных циклов.

Практически на всех языках, поддерживающих императивную методологию, можно разрабатывать программы и по данной методологии. В ряде языков введены специальные заменители оператора goto, позволяющие облегчить управление циклами (например, Break и Continue в языке C).

Класс задач. Класс задач для данной методологии соответствует классу задач для императивной методологии. Заметим, что при этом удается разрабатывать более сложные программы, поскольку их легко воспринимать и анализировать.

Основы структурного программирования методы структурного программирования

«ГЛАВА I. СУТЬ ДЕДУКТИВНОГО МЕТОДА ХОЛМСА.

Читать еще:  Записать на языке паскаль выражение онлайн

Шерлок Холмс взял с камина пузырек и вынул

из аккуратного сафьянового несессера…».

От общего к частному

· формулировка целей (результатов) работы программы;

· образное представление процессы ее работы (образная модель);

· выделение из образной модели фрагментов: определение переменных и их смыслового наполнения, стандартных программных контекстов.

Попробуем теперь встроить в общую схему процесса проектирования самое трудное направление «движения» при построении программы – от общего к частному. И тогда получим примерно такую картину.

1. Исходным состоянием процесса проектирования является более или менее точная формулировка цели алгоритма, или результата, который должен быть получен при его выполнении. Формулировка, само собой, производится на естественном языке.

2. Создается образная модель происходящего процесса, используются графические и какие угодно способы представления, образные «картинки», позволяющие лучше понять выполнение алгоритма в динамике;

3. Выполняется сбор фактов, касающихся любых характеристик алгоритма, и попытка их представления средствами языка. Такими фактами является наличие определенных переменных и их «смысл», а также соответствующих им программных контекстов. Понятно, что не все факты удастся сразу выразить в виде фрагментов программы, но они должны быть сформулированы хотя бы на естественном языке;

4. В образной модели выделяется наиболее существенная часть – «главное звено», для которой подбирается наиболее точная словесная формулировка;

5. Производится определение переменных, необходимых для формального представления данного шага алгоритма и формулируется их «смысл»;

6. Выбирается одна из конструкций — простая последовательность действий, условная конструкция или цикл. Составные части выбранной формальной конструкции (например, условие, заголовок цикла) должны быть переписаны в словесной формулировке в виде цели или результата, которые должны давать эти части алгоритма.

7. Для оставшихся неформализованных частей алгоритма (в словесной формулировке) — перечисленная последовательность действий повторяется. Обычно разработка образного представления программы опережает ее «выстраивание», поэтому следующим этапом для неформализованной части алгоритма может быть п.4 (в лучшем случае, при его проработке в образной модели) или п.1-3. В любом случае для вложенных конструкций мы возвращаемся на предыдущие этапы проектирования.

Здесь мы видим много непривычного:

· на любом промежуточном шаге программа состоит из смеси конструкций языка, соответствующих пройденным шагам проектирования, и словесных формулировок, соответствующих еще не раскрытым вложенным конструкциям нижнего уровня;

· процесс заключается в последовательной замене словесных формулировок конструкциями языка. На каждом шаге в программу добавляется всего одна конструкция, а содержимое ее составных частей снова формулируется в терминах «цель» или «результат»;

· «свобода выбора» ограничена тремя управляющими конструкциями языка: последовательностью действий, ветвление или цикл. При этом даже не принципиален конкретный синтаксис оператора, важен лишь вид конструкции, например, что это цикл, а не последовательность действий.

Как и любая технология, структурное проектирование задает лишь «правила игры», но не гарантирует получение результата. Основная проблема – выбор синтаксической конструкции и замена формулировок — все равно технологией формально не решается. И здесь находится камень преткновения начинающих программистов. «Главное звено» — это не столько особенности реализации алгоритма, которые всегда на виду и составляют его специфику, а действие, которое включает в себя все остальные. То есть все равно программист должен «видеть» в образной модели все элементы, отвечающие за поведение программы, и выделять из них главный, в смысле – самый внешний или объемлющий. Единственный совет: постараться извлечь из образной модели как можно больше фактического материала.

И, наконец, на практике

Заповеди структурного программирования

Обычно технология структурного программирования формулируется в виде «заповедей», о содержательной интерпретации которых мы уже догадываемся.

1. нисходящее проектирование ;

2. пошаговое проектирование ;

3. структурное проектирование (программирование без goto );

4. одновременное проектирование алгоритма и данных;

5. модульное проектирование ;

6. модульное, нисходящее, пошаговое тестирование.

Одним словом, структурное программирование — модульное нисходящее пошаговое проектирование и отладка алгоритма и структур данных .

· нисходящее проектирование программы состоит в процессе формализации от самой внешней синтаксической конструкции алгоритма к самой внутренней, в движении от общей формулировки алгоритма к частной формулировке составляющего его действия ;

· структурное проектирование заключается в замене словесной формулировки алгоритма на одну из синтаксических конструкций — последовательность, условие или цикл. При этом синтаксическая вложенность конструкций соответствует последовательности их проектирования и выполнения. Использование оператора перехода goto запрещается из принципиальных соображений ;

· пошаговое проектирование состоит в том, что на каждом этапе проектирования в текст программы вносится только одна конструкция языка, а составляющие ее компоненты остаются в неформальном, словесном описании, что предполагает аналогичные шаги в их проектировании.

Нисходящее пошаговое структурное проектирование алгоритма состоит в движении «от общего к частному» в процессе формулировки действий, выполняемых программой. В записи алгоритма это соответствует движению от внешней (объемлющей) конструкции к внутренней (вложенной). Конкретно в структурном программировании это выражается в том, что любая словесная формулировка действий (алгоритма) может быть заменена на одну из трех формальных конструкций языка программирования:

· простая последовательности действий (блок);

· конструкция выбора (выбора) (условный оператор);

· конструкция повторения (оператор цикла).

Выбранная формальная конструкция представляет собой часть процесса перевода словесного описания алгоритма на формальный язык. Естественно, что эта конструкция не определяет полностью всего содержания алгоритма. Поэтому составными ее частями остаются словесные формулировки более конкретных (вложенных) действий. В результате проектирования получается программа, в которой принципиально отсутствует оператор перехода goto, поэтому структурное программирование иначе называется как программирование без goto .

Другое достоинство нисходящего проектирования: при обнаружении «тупика», то есть ошибки в логических рассуждениях можно вернуться на несколько уровней вверх и продолжить процесс проектирования в другом направлении.

Одно из трех

Обратим внимание на некоторые особенности процесса, которые остались за пределами «заповедей» и которые касаются содержательной стороны проектирования.

Последовательность действий, связанных результатом является предпочтительной конструкцией еще и потому, что она обеспечивает синтаксическую независимость (отсутствие вложенности) выполняемых действий. Если в алгоритме выполняется проверка условий (в виде нетривиального действия), а также действия, являющиеся следствием этой проверки, то лучше использовать связующую переменную (например, признак). Например, при проверке и сохранении простого числа лучше использовать признак, а сохранение вынести за пределы цикла проверки.

// Запоминание простого числа в виде

// последовательности действий, связанных признаком

if ( pr ==0) A [ i ++]= v ; // Признак не установлен — запоминание

// Неструктурированный вариант – запись внутри цикла

О том, какая конструкция должна быть выбрана на следующем шаге детализации, можно судить и по внешнему виду формулировки. Другое дело, что эта формулировка должна как можно точнее отражать сущность алгоритма и, что самое главное, «покрывать» его целиком, не оставляя не оговоренных действий:

· когда в формулировке присутствует слово ЕСЛИ, речь идет о условной конструкции (конструкции выбора);

· если в формулировке присутствуют обороты типа «для каждого… выполнить» или «повторять…пока», речь идет о циклической конструкции.

И последнее достоинство: шаги последовательности действий, после того как они определены, могут конкретизироваться в любом порядке, например «по линии наименьшего сопротивления» от простых к более сложным.

Программирование без goto .

if () goto retry;. // Попытаться сделать все сначала

if () goto fatal; > // Выйти сразу же к концу

Все равно при использовании оператора перехода нужно изменить условия текущего выполнения программы применительно к точке перехода, например, переоткрыть файлы, установить начальное (заключительное) значение переменных.

if (A[i]==0) continue; //goto m1;

if (A[i]==-1) return; //goto m2;

m 2: . продолжение тела функции

Хотя такие конструкции нарушают чистоту подхода, все они имеют простые структурированные эквиваленты c с использованием дополнительных переменных – признаков.

int found; // Эквивалент с признаком обнаружения элемента

for (found=0, i=0; i

if (!found) A else B

При отсутствии в массиве элемента с заданным свойством выполняется A, в противном случае — B. Во втором фрагменте используется специальный признак для имитации оператора break.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты 220 Вольт
Adblock
detector
×
×