Структурное программирование

К основным методам структурного программирования относится, прежде всего, отказ от бессистемного употребления оператора непосредственного перехода и преимущественное использование других структурированных операторов, методы нисходящего проектирования разработки программы, идеи пошаговой детализации и некоторые другие соглашения, касающиеся дисциплины программирования.

Всякая программа, в соответствии со структурным подходом к программированию, может быть построена только с использованием трех основных типов блоков.

1. Функциональный блок, который на блок-схеме изображается в виде прямоугольников с одним входом и одним выходом (рисунок 7.1).

Функциональному блоку в языках программирования соответствуют операторы ввода и вывода или любой оператор присваивания.

Рис. 7.1 – Функциональный блок

В виде функционального блока может быть изображена любая последовательность операторов, выполняющихся один за другим, имеющая один вход и один выход.

2. Условная конструкция (рисунок 7.2). Этот блок включает проверку некоторого логического условия (P), в зависимости от которого выполняется либо один (S1), либо другой (S2) операторы:

3. Блок обобщенного цикла (рисунок 7.3). Этот блок обеспечивает многократное повторение выполнения оператора S пока выполнено логическое условие P:

Рис. 7.3 – Блок обобщенного цикла

При конструировании программы с использованием рассмотренных типов блоков эти блоки образуют линейную цепочку так, что выход одного блока подсоединяется ко входу следующего. Таким образом, программа имеет линейную структуру, причем порядок следования блоков соответствует порядку, в котором они выполняются.

Такая структура значительно облегчает чтение и понимание программы, а также упрощает доказательство ее правильности. Так как линейная цепочка блоков может быть сведена к одному блоку, то любая программа может, в конечном итоге, рассматриваться как единый функциональный блок с один входом и одним выходом.

При проектировании и написании программы нужно выполнить обратное преобразование, то есть этот блок разбить на последовательность подблоков, затем каждый подблок разбить на последовательность более мелких блоков до тех пор, пока не будут получены «атомарные» блоки, рассмотренных выше типов. Такой метод конструирования программы принято называть нисходящим («сверху вниз»).

При нисходящем методе конструирования алгоритма и программы первоначально рассматривается вся задача в целом. На каждом последующем этапе задача разбивается на более мелкие подзадачи, каждая подзадача, в конечном итоге на еще более мелкие подзадачи и так до тех пор, пока не будут получены такие подзадачи, которые легко кодируются на выбранном языке программирования. При этом на каждом шаге уточняются все новые и новые детали («пошаговая детализация»).

В процессе нисходящего проектирования сохраняется строгая дисциплина программирования, то есть разбиение на подзадачи осуществляется путем применения только рассмотренных типов конструкций (функциональный блок, условная конструкция, обобщенный цикл), поэтому, в конечном итоге, получается хорошо структурированная программа.

Метод разработки программы сверху-вниз предполагает процесс пошагового разбиения алгоритма (блок-схемы) на все более мелкие части до уровня элементарных конструкций, для которых можно составить конкретные команды. Идея структурного программирования сверху-вниз состоит в том, что, если для некоторой функции f существует ее композиция через две другие функции g и h, т.е. f=h(g(х)), то проблема разработки алгоритма для f сводится к проблемам разработки алгоритмов для h и g. В структурном программировании сверху-вниз на каждом шаге пытаются текущую функцию выразить как композицию двух (или более) других функций, которые представимы в виде рассмотренных выше управляющих структур.

Зачастую используют альтернативный процедуре сверху-вниз метод структурного программирования снизу-вверх. По сути, мы приходим к конечному результату системным методом. Сначала разбиваем задачу на отдельные блоки (модули) с их связями между собой (декомпозиция), затем, после их разработки, проводим сборку блоков в единую программу (синтез). Принцип снизу-вверх широко распространен среди программистов, которые предпочитают модульный подход, предполагающий максимальное использование стандартных и специализированных библиотек процедур, функций, модулей и объектов.