П.3.1. Разновидности структур программирования

Программирование представляет собой процесс разработки алгоритма решения задачи и его реализацию на одном из языков программирования.

Существуют общие приемы и методы, позволяющие представить алгоритм решения любой задачи в виде последовательности базовых элементов и структур. Элементы и структуры являются базовыми в том смысле, что алгоритмы на их основе реализуются независимо от конкретного языка программирования.

В процессе выполнения алгоритма производятся различные преобразования информации. Эти преобразования осуществляются заданной последовательностью операторов.

Одним из основных понятий в программировании являются термин переменная и принцип следования.

Переменная – это величина, которая при выполнении алгоритма изменяет свое значение. Когда переменной присваивается новое значение, старое – стирается.

Принцип следования или принцип обеспеченности переменных состоит в том, что порядок выполнения операторов в алгоритме должен обеспечить конкретные значения переменных на каждом шаге его выполнения.

Поясним сказанное на примере. Пусть требуется составить структурограмму вычисления функции

где у = sin x; значения коэффициента b и аргумента х вводятся.

Структурограмма вычисления будет иметь вид, представленный на рис. П.3.1, где t, z – вспомогательные переменные.

Логическая структура программы может быть выражена комбинацией трех базовых структур: СЛЕДОВАНИЕ, РАЗВЕТВЛЕНИЕ, ЦИКЛ.

Характерной особенностью этих структур является наличие в них одного входа и одного выхода.

Важнейшей базовой структурой, вытекающей из принципа обеспеченности переменной, является структура СЛЕДОВАНИЕ, означающая, что два действия должны быть выполнены друг за другом. Каждое действие может означать одно единственное действие или включать в себя несколько действий. Алгоритм, содержащий только структуры СЛЕДОВАНИЕ, называется линейным алгоритмом.

Приведенная последовательность операторов не допускает никакой перестановки, так как при перестановке нарушается принцип обеспеченности переменных, и расчет заданной функции становится невозможен.

Рис. П.3.1. Структурограмма СЛЕДОВАНИЕ

Структура РАЗВЕТВЛЕНИЕ (рис. П.3.2) обеспечивает в зависимости от результата проверки условия выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма продолжается независимо от того, какой путь выбран.

Рис. П.3.2. Структурограмма РАЗВЕТВЛЕНИЕ

В символах псевдокодов структура РАЗВЕТВЛЕНИЕ соответствует структуре IF-THEN-ELSE или в частном случае – IF-THEN, когда для одного из путей никаких действий предпринимать не надо.

Алгоритм, соответствующий второй базовой структуре, называется разветвляющимся алгоритмом.

Структура ЦИКЛ обеспечивает повторное выполнение (циклическую работу) оператора или группы операторов, находящихся в теле цикла.

Различают две разновидности этой структуры: ЦИКЛ-ПОКА (рис. П.3.3, а) и ЦИКЛ-ДО (рис. П.3.3, б).

Рис. П.3.3. Структура ЦИКЛ: а – ПОКА, б – ДО

В псевдокодах это циклы WHILE-DO и REPEAT-UNTIL соответственно.

При входе в структуру ЦИКЛ-ПОКА проверяется условие. Если оно истинно, то выполняется действие «процесс», и снова проверяется условие. При ложности условия действие «процесс» не выполняется и происходит выход из структуры.

При входе в структуру ЦИКЛ-ДО сначала выполняется действие «процесс», а затем проверяется условие. Ложность условия обеспечивает возврат в тело цикла, истинность – выход из структуры.

Основное отличие структур в том, что в зависимости от условия тело цикла в структуре ЦИКЛ-ПОКА может не выполниться ни разу, а в структуре ЦИКЛ-ДО должно обязательно выполниться хотя бы один раз.

Для управления количеством повторений символ «процесс» должен включать действие, изменяющее значение условия.

Алгоритмы, имеющие в своем составе базовую структуру ЦИКЛ, называются циклическими.

Реальные алгоритмы и вычислительные процессы представляют собой совокупность всех рассмотренных базовых структур.