Programowanie strukturalne

Programowanie strukturalne
Polecane artykuły

Programowanie strukturalne - jeden z paradygmatów programowania w którym celem jest konstruowanie programu zmierzające do osiągnięcia takiej jego struktury, aby stanowiła ona odzwierciedlenie struktury rozwiązywanego problemu. Kluczowym zagadnieniem w programowaniu strukturalnym jest systematyczne użycie poziomów abstrakcji w ramach opracowywania kolejnych etapów programu. Proces tworzenia programu rozpoczyna się od jego ogólnego opisu, przechodząc następnie do szczegółów. [1] W przeciwieństwie do programowania obiektowego, w programowaniu strukturalnym zaleca się wykorzystanie tylko kilku najważniejszych struktur sterujących:

  • Iteracja - powtarzanie instrukcji w pętli do momentu w którym zostanie spełniony warunek iteracyjny
  • Wybór - realizacja poszczególnych instrukcji programu w zależności od jego stanu
  • Sekwencja - wykonanie poszczególnych instrukcji w kolejności
  • Pętla
  • Podprogram
  • Instrukcja (przypisania, wprowadzania/wyprowadzania danych, warunkowa, wyboru, złożona, procedury)

Ideą programowania strukturalnego jest wymuszenie opisania najważniejszych struktur danych, przemyślenie całej struktury przygotowywanego programu oraz utworzenie niezbędnej dokumentacji, co pozwala na wczesne wykrycie problemów, które programista może napotkać w trakcie realizacji projektu.

Historia

Wraz z rozwojem technologii i coraz większym naciskiem na rozwój oprogramowania projektowano nowe języki oprogramowania. W roku 1960 powstał język ALGOL 60, który wprowadzał wiele istotnych właściwości. Wcześniej programiści zmagali się z debuggowaniem kodu, który przez swoje zawiłe i nieustandaryzowane konstrukcje był trudny do zrozumienia, a działanie programu ciężkie do przewidzenia. ALGOL 60 umożliwiał stosowanie instrukcji warunkowych, pętli oraz instrukcji sterujących. W tym okresie zaczęto zastanawiać się nad ograniczeniem używania instrukcji goto, która według wielu była zbędna i mogła przeszkadzać w projektowaniu programu, ponieważ uważano, że każda struktura kontrolna w programie powinna mieć jedno wejście i jedno wyjście. [2]

Instrukcja goto

Instrukcja bezwarunkowego skoku goto pozwalała na przeniesienie sterowania do wskazanej linii kodu lub miejsca oznaczonego etykietą. Przykład użycia tej instrukcji w języku Perl:

goto B,
A:
print "1\n",
goto C,
B:
print "2",
goto A,
C:

Powyższy fragment programu jest odpowiedzialny za wypisanie na ekranie "21". Jak można sobie wyobrazić, instrukcja ta może ułatwić pisanie programu, jednak jej niebezpieczną stronę w roku 1968 opisał Edgar Dijkstra w swojej pracy Goto statement considered harmful[3]

Przykłady kodu źródłowego

Niemalże wszystkie popularne języki programowania umożliwiają pisanie programów strukturalnych, jak również znacząca mniejszość z nich zabrania używania skoków. Jednym z popularnych języków w którym można pokazać przykład programu wykorzystującego ideę struktur jest C++. Prosty program w tym języku wykorzystujący programowanie strukturalne, którego zadaniem jest sumowanie liczb ma postać:

# include <iostream>
using namespace std,

int main (){
 int liczbaDodatnia,
 int pierwszaLiczba = 1,
 int i = 0,

 cout << "Podaj liczbę..." << endl,

 cin >> liczbaDodatnia,

 for (int i=0; i < liczbaDodatnia; i++){
 i = pierwszaLiczba + 1,
 cout << i,
 }

 return 0,
}

Klasyfikacja programu jako strukturalnego

Uznaje się, że program nie ma postaci strukturalnej, jeżeli występuje w nim:

  • instrukcja skoku (goto) na zewnątrz pętli
  • instrukcja skoku (goto) do środka instrukcji warunkowej
  • instrukcja skoku (goto) do środka pętli
  • instrukcja skoku (goto) do innej części programu

Przykład programu w języku C++ wykorzystującego instrukcję skoku:

# include <iostream>
# include <cmath>
 
int main (){
 using namespace std,
 
 probujPonownie:
 cout << "Podaj dowolna liczbe dodatnia...",
 double dX,
 cin >> dX,
 if (dX < 0.0)
 goto probujPonownie; // instrukcja goto
 
 cout << "Pierwiastek z " << dX << " wynosi " << sqrt (dX) << endl,
 return 0,
}

Wcześniejsze wyjście

Niechęć do instrukcji skoku wynikała z pogarszania jakości programu i zaciemniania jego struktury, jednakże zwolennicy wykorzystywania instrukcji goto uważali, że użycie skoku jest znacznie lepszym rozwiązaniem niż wykorzystywanie kliku innych warunków, pętli i zmiennych mających zastąpić instrukcję goto. Obecnie zamiast instrukcji skoku wykorzystać można wiele standardowych instrukcji ułatwiających tworzenie programu jak np. instrukcję return, czy opuszczenie pętli za pomocą instrukcji break. [4]

Przerwanie pętli instrukcją break lub wybranej iteracji instrukcją continue również może być uważane za łamanie zasady jednego wyjścia. Kolejnym przykładem jest obsługa wyjątków, które są używane na przykład w bardzo popularnym języku Java. To pokazuje, że programiści skupiają się na przejrzystości kodu, jeśli stosowanie do zasady jednego wyjścia sprawiłoby, że kod byłby mniej zrozumiały i trudny do przeanalizowania.[5]

Przypisy

  1. Bansal A.K. (2013), Introduction to programming languages, CRC Press, Boca Raton
  2. Morgan K.J. (1990), Introduction to structured programming using Turbo PascalDeVry Institute of Technology, Atlanta
  3. Dijkstra E. (1968) Goto Statement considered harmful Communications of the ACM, tom 11, s. 147–148
  4. Watt D., Findlay W. (2004), Programming language design concepts John Wiley & Sons Ltd, Chichester
  5. Fowler M., Fields J., Harvie S. (2006), Refactoring: Ruby Edition, Addison-Wesley, Boston

Bibliografia

  • Bäckman K. (2012), Structured programming with C++ Department of Economy and Informatics, University West, Trollhättan
  • McBride P.K. (2001), Pascal – to proste, Wydawnictwo RM, Warszawa
  • Porębski W. (2008), Język C++ Standard ISO w praktyce, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
  • Prata S. (2006), Język C++. Szkoła programowania, Helion, Gliwice
  • Schildt H. (2012), Java. Kompendium programisty. Wydanie VIII, Helion, Gliwice
  • Van Roy P. (2005), Programowanie. Koncepcje, techniki i modele, Helion, Gliwice
  • Vinhas L. (2016), Fundamentals Of Structured Programming National Institute for Space Research, Sao Jose dos Campos
  • Yu C. (2015), Error Handling and Exceptions, School of Physical Sciences, California

Autor: Jarosław Wachel, Arkadiusz Bugajski