ФЕДЕРАЛЬНОЕГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА»

 

 

 

Факультетфизико-математический

 

Кафедрафизики, информационных технологий и методик обучения

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

СТРУКТУРНОЕПРОГРАММИРОВАНИЕ

 

 

 

Автор работы _____________________________________ А. Е.Лемайкина

Направления подготовки 44.03.05 Педагогическоеобразование

Профиль Физика. Информатика

 

Руководитель работы

канд. пед. наук, доцент                     _________________Т. В. Кормилицына

 

 

Оценка __________

 

 

 

 

 

Саранск2022
Оглавление

Введение. 3

Основные критерииоценки качества программы для ЭВМ. 7

Нисходящеепроектирование. 10

Процедуры ифункции. 11

Параметрыподпрограмм. 11

Управлениепоследовательностью вызова подпрограмм. 11

Структураподпрограммы.. 12

Формальные ифактические параметры: 13

Методы и типыструктурного программирования. 14

Структурныеоператоры. 17

Заключение. 20

 

 

 Введение

Структурное программирование– это технология создания программ, позволяющая путем соблюдения определенныхправил уменьшить время разработки и количество ошибок, а также облегчитьвозможность модификации программы.

Процессорэлектронно-вычислительной машины умеет выполнять лишь простейшие команды. Какимже образом компьютер решает сложнейшие задачи обработки информации? Для решенияэтих задач программист должен составить подробное описание последовательностидействий, которые необходимо выполнить центральному процессору компьютера.Составление такого пошагового описания процесса решения задачи называетсяалгоритмизацией, а алгоритмом называется конечный набор правил, расположенных вопределённом логическом порядке, позволяющий исполнителю решать любую конкретнуюзадачу из некоторого класса однотипных задач. В разных ситуациях в ролиисполнителя может выступать электронное или какое-либо иное устройство иличеловек.

При создании средних по размеру приложений используется структурноепрограммирование, идея которого заключается в том, что структура программыдолжна отражать структуру решаемой задачи, чтобы алгоритм решения был ясновиден из исходного текста. Для этого надо иметь сред­ства для созданияпрограммы не только с помощью трех простых операторов, но и с помощью средств,более точно отражающих конкретную структуру алгоритма. С этой целью впрограммирование введено понятие подпрограммы — набора операторов, выполняющихнужное действие и не зависящих от других частей исходного кода. Комбинируяподпрограммы, удается формировать итоговый алгоритм уже не из простыхоператоров, а из законченных блоков кода, имеющих опреде­ленную смысловуюнагрузку, причем обращаться к таким блокам можно по назва­ниям.

История

Методология структурного программирования появилась как следствиевозрастания сложности решаемых на компьютерах задач и соответственногоусложнения программного обеспечения. В 70-е годы XX века объёмы и сложностьпрограмм достигли такого уровня, что интуитивная разработкапрограмм, которая была нормой в более раннее время, перестала удовлетворятьпотребностям практики. Программы становились слишком сложными, чтобы их можнобыло нормально сопровождать, поэтому потребовалась какая-то систематизацияпроцесса разработки и структуры программ. Наиболее сильной критике со стороныразработчиков структурного подхода к программированию подвергся оператор GOTO(оператор безусловного перехода), имеющийся почти во всех языкахпрограммирования. Использование произвольных переходов в тексте программыприводит к получению запутанных, плохо структурированных программ, по текстукоторых практически невозможно понять порядок исполнения и взаимозависимостьфрагментов.

Следование принципам структурного программирования сделало текстыпрограмм, даже довольно крупных, нормально читаемыми. Серьёзно облегчилосьпонимание программ, появилась возможность разработки программ в нормальномпромышленном режиме, когда программу может без особых затруднений понять нетолько её автор, но и другие программисты. Это позволило разрабатывать достаточнокрупные для того времени программные комплексы силами коллективовразработчиков, и сопровождать эти комплексы в течение многих лет, даже вусловиях неизбежной ротации кадров.

Методология структурнойразработки программного обеспечения была признана самой сильнойформализацией 70-х годов. После этого слово структурный сталомодным в отрасли, его начали использовать везде, где надо и не надо. Появилисьработы по структурному проектированию, структурному тестированию,структурному дизайну и так далее, в общем, произошло примерно то жесамое, что происходило в 90-х годах и происходит в настоящее время с терминамиобъектный и объектно-ориентированный.

В настоящее время, когдасфера применения ЭВМ чрезвычайно расширилась, разработка и эксплуатацияпрограмм осуществляется, как правило, разными людьми. Поэтому наряду сэффективностью на первый план выдвигаются и другие важные характеристикипрограмм такие, как понятность, хорошая документированность, надежность,гибкость, удобство сопровождения и т.п.

Проблема разработки программ,обладающих такими качествами, объясняется трудоемкостью процессапрограммирования и связанным с этим быстрым ростом стоимости программногообеспечения.

Для созданияхорошей программы появляется необходимость придерживатьсяопределенных принципов или определенной дисциплины программирования.Значительный прогресс в области программирования достигается с использованиемтак называемого структурного программирования.

Появление новой технологии,или, как еще говорят, дисциплины программирования, основанной на структурномподходе, связано с именем известного голландского ученого Э.Дейкстры (1965 г.).В своих работах он высказал предположение, что оператор GOTO может бытьисключен из языков программирования и что квалификация программиста обратнопропорциональна числу операторов GOTO в его программах. Такая дисциплинапрограммирования упрощает и структурирует программу.

Однако представление оструктурном программировании, как о программировании без использованияоператора GOTO, является ошибочным. Например, Хоор определяет структурноепрограммирование как систематическое использование абстракции дляуправления массой деталей и способ документирования, который помогаетпроектировать программу.

Структурное программированиеможно толковать как проектирование, написание и тестирование программы всоответствии с заранее определенной дисциплиной.

Структурный подход кпрограммированию как раз и имеет целью снижение трудоемкости всего процессасоздания программного обеспечения от технического задания на разработку дозавершения эксплуатации. Он означает необходимость единой дисциплины на всехстадиях разработки программы. В понятие структурного подхода к программированиюобычно включают нисходящие методы разработки программ (принцип «сверху вниз»),собственно структурное программирование и так называемый сквозной структурныйконтроль.

Основной целью структурногопрограммирования является уменьшение трудностей тестирования и доказательстваправильности программы. Это особенно важно при разработке больших программныхсистем. Опыт применения методов структурного программирования при разработкеряда сложных операционных систем показывает, что правильность логическойструктуры системы поддается доказательству, а сама программа допускает достаточнополное тестирование. В результате в готовой программе встречаются толькотривиальные ошибки кодирования, которые легко исправляются.

Структурное программированиеулучшает ясность и читабельность программ. Программы, которые написаны сиспользованием традиционных методов, особенно те, которые перегруженыоператорами GOTO, имеют хаотичную структуру.

Структурированные программыимеют последовательную организацию, поэтому возможно читать такую программусверху донизу без перерыва. Наконец, структурное программирование призваноулучшить эффективность программ.

Основныекритерии оценки качества программы для ЭВМ.

Известно, что один и тот жеалгоритм может быть реализован на ЭВМ различными способами, т.е. может бытьсоставлено несколько различных программ, решающих одну и ту же задачу.

Таким образом, нужно иметьнекоторые критерии оценки программы, с помощью которых можно судить насколькоодна программа лучше другой. Анализ и оценка программы носят преимущественнокачественный характер.

1. Программа работает ирешает поставленную задачу. Понятно, что эта характеристика программы являетсясамой важной.

В связи с этим каждаяпрограмма должна быть устроена так, чтобы можно было проверить правильностьполученных результатов. Такая проверка проводится в процессе отладки программы,на определенных наборах входных данных, для которых заранее известен ответ. Ноотладка может доказать лишь наличие ошибок в программе, но не может доказатьправильности программы для всех возможных вычислений, реализуемых с ее помощью.В связи с этим необходима разработка методов аналитической верификациипрограммы.

Для аналитическогодоказательства правильности программы требуется, чтобы программа легкоанализировалась. Это означает, что программа должна быть устроена так, чтобыможно было понять, каким образом с ее помощью получается данный ответ.

2. Минимальное время,затрачиваемое на тестирование и отладку программы. Тестирование и отладкапрограммы – необходимый этап в процессе решения задачи на ЭВМ. Он занимает оттрети до половины всего времени разработки программы, поэтому очень важноуменьшить время, затрачиваемое на тестирование и отладку.

Тестирование и отладкапрограммы облегчается, если программа просто анализируется и снабженанеобходимыми комментариями, облегчающими ее понимание. Хорошие комментариимогут ускорить процесс отладки.

Понимание и отладка программыоблегчается, если она имеет простую и ясную структуру, в частности, еслиограничено использование операторов передачи управления (GOTO). Перегруженностьпрограммы этими операторами приводит к хаотической структуре и затрудняетотладку.

Еще один важный принцип –использование мнемонических обозначений для переменных. Языки программированияпредставляют здесь вполне достаточные возможности. Для лучшего понимания программынеобходимо использовать мнемонику, отражающую физический (математический,экономический и т.д.) смысл переменной (например, SPEED — скорость).

3. Уменьшение затрат насопровождение. Разработанная и отлаженная программа предназначена длямногократного использования, и ее эксплуатацией, как правило, занимаются неразработчики, а другие программисты, входящие в так называемую группусопровождения.

Программистам, сопровождающимпрограмму, часто приходится продолжать отладку программы и производить ее модернизацию,в связи с изменением технического задания, введением новых средств программногообеспечения или выявлением новых ошибок и недоработок в программе.

Для уменьшения затрат насопровождение необходимо, чтобы каждый разработчик учитывал сложность сопровождения.Следует разрабатывать, отлаживать и оформлять программу с учетом того, что еебудут использовать и сопровождать другие программисты.

4. Гибкость программы.Разработанная программа обычно находится в эксплуатации длительное время. Заэто время могут измениться требования к решаемой задаче, техническое задание,требования к программе. Появляется необходимость внести определенные измененияв программу, что в некоторых случаях бывает трудно сделать, т.к. разработчикомне предусмотрена такая возможность. Хорошая программа должнадопускать модификацию.

5. Уменьшение затрат наразработку. Программирование является коллективным трудом. Состав группыпрограммистов, работающих над решением данной задачи, может по каким-либопричинам измениться. Поэтому проектирование и разработка программы должнывестись таким образом, чтобы было возможно при необходимости передать еезавершение другому программисту. Несоблюдение этого требования часто приводит ксрыву сроков сдачи программ в эксплуатацию.

6. Простота и эффективность.Программа должна быть просто организована.

Это может проявляться и вструктуре программы, и в использовании простых и наиболее естественных средствязыка программирования, и в предпочтении простых структур данных и т.п.

Эффективность программысчитается одной из главных ее характеристик.

Поэтому часто в ущерб другим качествам программы разработчикиприбегают к сложным ухищрениям, чтобы уменьшить объем используемой памяти илисократить время выполнения программы. Во многих случаях затрачиваемые на этоусилия не оправдывают себя. Разумный подход к повышению эффективности программысостоит в том, чтобы выявить наиболее узкие места и постараться ихулучшить.

Нисходящеепроектирование

Наличие подпрограмм позволяет вести проектирование и разработкуприложения сверху вниз — такой подход называется нисходящим проектированием. Сначалавыделяется несколько подпрограмм, решающих самые глобальные задачи (например,инициализация данных, главная часть и завершение), потом каждый из этих модулейдетализируется на более низком уровне, разбиваясь в свою очередь на небольшоечисло других подпрограмм, и так происходит до тех пор, пока вся задача неокажется реализованной.

Такой подход удобен тем, что позволяет человеку постоянно мыслитьна предметном уровне, не опускаясь до конкретных операторов и переменных. Крометого, появляется возможность некоторые подпрограммы не реализовывать сразу, авременно откладывать, пока не будут закончены другие части. Например, еслиимеется необходимость вычисления сложной математической функции, то выделяетсяотдельная подпрограмма такого вычисления, но реализуется она временно однимоператором, который просто присваивает заранее выбранное значение. Когда всеприложение будет написано и отлажено, тогда можно приступить к реализации этойфункции.

Немаловажно, что небольшие подпрограммы значительно прощеотлаживать, что существенно повышает общую надежность всей программы.

Очень важная характеристикаподпрограмм — это возможность их повторного использования. С интегрированнымисистемами программирования поставляются большие библиотеки стандартныхподпрограмм, которые позволяют значительно повысить производительность труда засчет использования чужой работы по созда­нию часто применяемых подпрограмм.

Процедурыи функции

Подпрограммы бывают двух видов — процедуры и функции. Отличаютсяони тем, что процедура просто выполняет группу операторов, а функция вдобавоквычисляет некоторое значение и передает его обратно в главную программу (возвращаетзначение). Это значение имеет определенный тип (говорят, что функция имеет такой-тотип).

В Си++ понятия «процедура» нет — там имеются только функции, аесли никакого значения функция не вычисляет, то считается, что она возвращаетзначение типа «никакое» (void).

Параметрыподпрограмм

Чтобы работа подпрограммы имела смысл, ей надо получить данные извнешней программы, которая эту подпрограмму вызывает. Данные передаютсяподпрограмме в виде параметров или аргументов, которые обычно описываются в еезаголовке так же, как переменные.

Управлениепоследовательностью вызова подпрограмм

Подпрограммы вызываются, как правило, путем простой записи ихназвания с нужными параметрами. В Бейсике есть оператор CALL для явногоуказания того, что происходит вызов подпрограммы.

Подпрограммы активизируются только в момент их вызова. Операторы,находящиеся внутри подпрограммы, выполняются, только если эта подпрограмма явновызвана. Пока выполнение подпрограммы полностью не закончится, оператор главнойпрограммы, следующий за командой вызова подпрограммы, выполняться не будет.

Подпрограммы могут быть вложенными — допускается вызовподпрограммы не только из главной программы, но и из любых других подпрограмм.

В некоторых языках программирования допускается вызов подпрограммыиз себя самой. Такой прием называется рекурсией и потенциально опасен тем, чтоможет привести к зацикливанию — бесконечному самовызову.

Структураподпрограммы

Подпрограмма состоит из нескольких частей: заголовка спараметрами, тела подпрограммы (операторов, которые будут выполняться при еевызове) и завершения подпрограммы.

Локальные переменные, объявленные внутри подпрограммы, имеютобластью действия только ее тела.

  Функции:

	Бейсик	Паскаль
Заголовок функции	FUNCTION имя (список параметров) Тип возвращаемого значения определяется специальным символом после имени функции	function имя тип_функции функции
Тело	Последовательность операторов	Begin Последовательность операторов end Представленная информация была полезной? ДА 61.05% НЕТ 38.95% Проголосовало: 1530
Завершение	END FUNCTION	нет
Завершение	END FUNCTION	нет

Процедуры

	Бейсик	Паскаль
Заголовок процедуры	Sub имя	Procedure имя
Тело	Последовательность	Begin Последовательность операторов end;
Завершение	END SUB

 

Формальныеи фактические параметры:

Во времясоздания подпрограммы заранее не известно, какие конкретно параметры она можети будет получать. Поэтому в качестве переменных, выступающих в роли ееаргументов в заголовке, могут использоваться произвольные допустимые названия,даже совпадающие с уже имеющимися. Компилятор все равно поймет, что это не однои то же.

Параметры,которые указываются в заголовке подпрограммы, называются формальными. Они нужнытолько для описания тела подпрограммы. А параметры (конкретные значения),которые указываются в момент вызова подпрограммы, назы­ваются фактическими параметрами.При выполнении операторов подпрограммы формальные параметры как бы временнозаменятся на фактические.

Пример.

int а, у;

а = 5;

у = SQR(a);

Программавызывает функцию SQR() с одним фактическим параметром а. Внутри подпрограммыформальный параметр х получает значение переменной а и возводится в квадрат.Результат возвращается обратно в программу и присваивается переменной у.

 Методы итипы структурного программирования

К основным методам структурногопрограммирования относится, прежде всего, отказ от бессистемного употребленияоператора GOTO и преимущественное использование других структурированныхоператоров, методы нисходящего проектирования разработки программы, идеипошаговой детализации и некоторые другие соглашения, касающиеся дисциплиныпрограммирования.

Всякая программа, в соответствии сструктурным подходом к программированию, может быть построена только сиспользованием трех основных типов блоков.

1. Функциональный блок, который наблок-схеме изображается в виде прямоугольников с одним входом и одним выходом:

Функциональному блоку в языкахпрограммирования соответствуют операторы ввода и вывода или любой операторприсваивания.

В виде функционального блока можетбыть изображена любая последовательность операторов, выполняющихся один задругим, имеющая один вход и один выход.

2. Условная конструкция. Этот блоквключает проверку некоторого логического условия (P), в зависимости от котороговыполняется либо один

(S1), либо другой (S2) операторы:

На языке Е-практикума:

. если

. . то

. . иначе

. все

3. Блок обобщенного цикла. Этот блокобеспечивает многократное повторение выполнения оператора S пока выполненологическое условие P:

На языке Е-практикумациклы реализуются 2 способами. Цикл с параметром:

. нц для от до

. .

. . …

. кц

Цикл с предусловием:

. нц пока

. .

. . …

. кц

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

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

При проектировании и написаниипрограммы нужно выполнить обратное преобразование, то есть этот блок разбить напоследовательность подблоков, затем каждый подблок разбить напоследовательность более мелких блоков до тех пор, пока не будут полученыатомарные блоки, рассмотренных выше типов. Такой методконструирования программы принято называть нисходящим

(сверху вниз).

При нисходящем методе конструированияалгоритма и программы первоначально рассматривается вся задача в целом. Накаждом последующем этапе задача разбивается на более мелкие подзадачи, каждаяподзадача, в конечном итоге на еще более мелкие подзадачи и так до тех пор,пока не будут получены такие подзадачи, которые легко кодируются на выбранномязыке программирования. При этом на каждом шаге уточняются все новые и новыедетали (пошаговая детализация).

В процессе нисходящего проектированиясохраняется строгая дисциплина программирования, то есть разбиение на подзадачиосуществляется путем применения только рассмотренных типов конструкций (функциональныйблок, условная конструкция, обобщенный цикл), поэтому, в конечном итоге,получается хорошо структурированная программа.

На языке Е-практикумапоследовательную детализацию можно реализовать в виде вспомогательногоалгоритма (подпрограммы, процедуры, функции).

… нач

. вспомогательный_алгоритм(…)

. … кон алг []вспомогательный_алгоритм(…) дано … надо нач

. … кон

В настоящее время в помощьструктурному подходу к прораммированию появилось новое направление — объектноепрограммирование, не отменяющее, а дополняющее принципы структурного подхода,позволяющее разрабатывать и модернизировать программный код с меньшимизатратами времени, распределять задачу программирования между большимколичеством программистов.

Структурныеоператоры

Основная идея структурногопрограммирования заключаются в том, что существует только четыре структурныхоператора. Используя эти структурные операторы, можно построить сколь угодносложную программу.

Первый структурный операторназывается линейная цепочка операторов. Любая задача может быть разбита нанесколько подзадач. Выполнение подзадач может быть поручено подпрограмме, вназвании которой можно (и нужно) отразить подзадачу, которую должна решать этаподпрограмма. На момент написания алгоритма (и программы) верхнего уровня насне интересует, поэтому вместо настоящей подпрограммы поставимподпрограмму-заглушку.

Второй структурный операторназывается условный оператор. Достаточно часто одна или другая задачи должныисполняться в зависимости от определённого условия, которое зависит отрезультатов выполнения предыдущей программы или от внешних устройств. Каждая изтаких задач называется плечом условного оператора.

Условный оператор можетиспользоваться в неполном варианте, когда одно из плеч алгоритма отсутствует:

Третий структурный оператор — это операторцикла с проверкой условия после тела цикла. Такой оператор легко реализуется наязыке программирования ассемблер при помощи команды условного или безусловногоперехода. Отличие от условного оператора заключается в том, что передачауправления осуществляется не вперёд, а назад. На языках программированиявысокого уровня такой оператор входит в состав языка (оператор do..while вязыке программирования C или оператор repeat..until в языке программированияPASCAL).

Четвёртый структурный оператор — это операторцикла с проверкой условия до тела цикла. В отличие от предыдущего операторатело цикла в этом операторе может ни разу не выполниться, если условие цикласразу же выполнено. Этот оператор, как и условный оператор, невозможнореализовать на одной машинной команде.

 

Заключение

Современный этап развития обществахарактеризуется внедрением информационных технологий во все сферы человеческойдеятельности. Новые информационные технологии оказывают существенное влияние ина сферу образования. Происходящие фундаментальные изменения в системеобразования вызваны новым пониманием целей, образовательных ценностей, а такженеобходимостью перехода к непрерывному образованию, разработкой ииспользованием новых технологий обучения, связанных с оптимальным построением иреализацией учебного процесса с учетом гарантированного достижения дидактическихцелей. 

Список использованнойлитературы:

1.                                 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5.

2.                                 https://studopedia.ru/9_6278_strukturnoe-programmirovanie.html

3.                                 https://intuit.ru/studies/courses/40/40/lecture/1208