Основы структурного программирования

Алгоритмизация — это составление алгоритмов для последующей реализации в виде программ для ЭВМ. Знание и использование систематических методов превращают алгоритмизацию — в строгую дисциплину, позволяющую составлять программы на ЭВМ без ошибок.

На практике широко используются два подхода к алгоритмизации:

• 1) традиционный подход (с использованием блок-схем);
• 2) структурный подход (с использованием структурной записи);

Традиционный подход к составлению алгоритмов с применением блок-схем грешит большим числом ошибок в программах из-за их громоздкости и запутанности. Из-за этого традиционный подход к составлению программ чреват большим числом ошибок в создаваемых программах.

Структурный подход к программированию заключается в обязательном предварительном составлении структурированных алгоритмов с записью их на псевдокоде. Простота чтения, понимания и исправления структурированных описаний позволяет существенно уменьшить количество ошибок в алгоритмах и программах и сократить время их отладки на ЭВМ.

При структурном подходе к составлению алгоритмов и программ используются три основных правила композиции:

• 1) альтернативный выбор;
• 2) циклический повтор;
• 3) вспомогательные алгоритмы (подпрограммы).

Структурированными считаются алгоритмы и программы составленными только с использованием указанных трех правил структурной композиции. Неструктурированными считаются алгоритмы и программы, в которых используются операторы goto … или отсутствует ступенчатая запись циклов и альтернатив.

Основные правила структурной композиции алгоритмов с примерами записи их на языке структурированного Бейсика:

1. Альтернативный выбор:

Алгоритм Запись если х > 0 то if х > 0 then.

у := х у = х иначе else.

у := -х у = -х кесли end if.

2. Циклический повтор:

Алгоритм Запись пока х > 1 цикл do while х > 1.

х: = х/2 х = х/2.

кцикл loop.

3. Вспомогательные алгоритмы (подпрограммы).

Алгоритм Подпрограмма алг «у = |х|» mod: 'у = |х|.

нач '.

если х > 0 то if х > 0 then.

у := х у = х иначе else.

у := -х у = -х все end if.

кон return.

Обращение к алгоритму Обращение к подпрограмме.

«у = |х|» gosub mod.

Реализация данного алгоритма в виде структурированной программы:

Алгоритмы: Программа:

алг «Галерея картинок» 'Галерея картинок нач cls.

вывод («Список картинок:») print «Список картинок:».

вывод («1. треугольник») print «1. треугольник».

вывод («2. прямоугольник») print «2. прямоугольник».

вывод («З. кольцо») print «3. кольцо».

запрос («номер =», n) input «номер =», n.

если n = 1 то if n = 1 then.

рисунок_треугольника gosub treug.

инеc n = 2 то if n = 2 then.

рисунок_прямоугольника gosub box.

инеc n = 3 то if n = 3 then.

рисунок_кольца gosub ring.

инеc п 3 то if n 3 then.

вывод («нет такого рисунка») print «нет такого рисунка».

все 'все кон end.

алг «рисунок треугольника» treug: 'рисунок треугольника нач cls.

графический_экран screen 2,0.

линия (150,50)-(100,100) line (150,50)-(100,100), 3.

линия (150,50)-(200,100) line (150,50)-(200,100), 3.

линия (100,100)-(200,100) line (100,100)-(200,100), 3.

кон return.

алг «рисунок прямоугольника» box: 'рисунок прямоугольника нач cls.

графический_экран screen 2,0.

рамка (50,50)-(150,100) line (50,50)-(150,100), 3, b.

кон return.

алг «рисунок кольца» ring: 'рисунок кольца нач cls.

графический_экран screen 2,0.

окружность (100,100), 20 circle (100,100), 20.

окружность (100,100), 50 circle (100,100), 50.

кон return.

Данный подход — составление структурированных алгоритмов может применяться к составлению структурированных программ для любых ЭВМ на любых языках программирования — Паскаль, Си, Ада, Модула и т. д.

На практике используется более широкий набор правил структурной композиции алгоритмов и программ, принятых в современных языках программирования, ~ правила альтернативного выбора, а также циклы с выходами и со счетчиками.

1. Условные действия.

если у < 0 то if у < 0 then.

вывод («недопустим») print «недопустим».

кесли end if.

2. Многоальтернативный выбор.

если х > 1 то if х > 1 then.

у: = 1 у = 1.

инес х < -1 то elseif х < -1 then.

у: = -1 у = -1.

иначе else.

у: = х у = х кесли end if.

3. Циклы со счетчиком:

от k = 1 до п цикл for k = 1 to n.

вывод (kk) print k*k.

кцикл next k.

4. Циклы с выходами.

цикл do.

s: = s + x s = s + x.

при х < 1 выход if х < 1 then exit do.

х: = x/2 x = x/2.

кцикл loop.

В циклах в общем случае возможны несколько выходов. Дополнительные выходы считаются допустимыми даже для циклов со счетчиками. Приведем примеры решения задач с использованием дополнительных правил структурирования алгоритмов и программ.

Пример записи структурированных алгоритмов и программ с использованием циклов для алгоритма игры-эксперимента «звездное небо»:

Алгоритм Программа алг «звездное небо» ' звездное небо".

нач сls.

цикл do.

запрос («звезд=», п) input «звезд=», n.

при п <= 0 выход if n <= 0 then exit do.

графический_экран screen 2,10.

от k = 1 до п цикл for k = 1 to n.

х: = случайное [0:200] х = rnd*200.

у: = случайное [0:200] у = rnd*200.

точка (х, у) pset (x, y), 3.

кцикл next k.

кцикл end do.

кон end.

Пример структурированного алгоритма и программы с применением многоальтернативного выбора и циклов с несколькими выходами:

Алгоритм Программа алг «угадай-ка» ' угадай-ка нач cls.

вывод («Угадай-ка число») print «Угадай-ка число».

вывод («от 1 до 100») print от 1 до 100″.

z: = случайное [0:100] z = int (rnd*100).

цикл do.

запрос («число =», х) input «число =», х при х = z вых if х = z then exit do.

если х < z то if х < z then.

вывод («мало») print «мало».

инеc х > z тo elseif х > z then.

вывод («много») print «много».

все end if.

кцикл end do.

вывод («молодец, умница») print «молодец, умница».

кон end.

Вопросы.

• 1. Что такое алгоритмизация?
• 2. Что такое структурированные алгоритмы?
• 3. Что такое неструктурированные алгоритмы?
• 4. В чем достоинства структурированных программ?
• 5. В чем недостатки неструктурированных программ?
• 6. Можно ли гарантировать отсутствие ошибок в программах?

Задачи.

• 1. Постройте вспомогательные алгоритмы и подпрограммы с выделением параметров для рисования следующих блоков:
  • а) крыша;
  • б) дерево;
  • в) стена с окном;
  • г) столб.
• 2. Предложите рисунки и составьте алгоритмы рисования, используя вспомогательные алгоритмы из предыдущего задания, для следующих строений:
  • а) домика с окном и деревом;
  • б) домика с двумя окнами;
  • в) домика с собачьей будкой;
  • г) двухэтажного домика,
• 3. Составьте алгоритм вывода на экран полной таблицы умножения.
• 4. Составьте, используя вспомогательные алгоритмы из предыдущих задач, алгоритмы изображения на экране:
  • а) многосекционных домов с различным числом секций;
  • б) многоэтажных домов с различным числом этажей и секций.