7Структурное программирование

Структурное программирование сосредоточивается на одном из наиболее подверженных ошибкам факторов программирования — логике программы — и включает три главные составляющие: 1. Проектирование сверху вниз. 2. Модульное программирование. 3. Структурное кодирование.

Если при разработке программы не соблюдать правила структурного программирования, то вначале программа может иметь довольно ясную структуру, но по мере ее расширения становится очевидной необходимость изменений и корректировки. Для этой цели привлекается большое количество операторов GO TO и меток. Таким образом, после автономной и комплексной отладки, а также после дальнейшей эксплуатации программы логика последней становится довольно сложной.

7.1Проектирование сверху вниз

Проектирование программ сверху вниз подобно написанию статьи сверху вниз. Процесс написания статьи имеет иерархическую структуру и начинается с вершины иерархии, т.е. с краткого обзора. Разработку проекта обычно начинают с исследования целей и определения основных задач, ведущих к достижению этих целей. Если проект очень большой, то необходимо провести его разбиение, которое должен выполнить компетентный и квалифицированный специалист.

Вначале необходимо написать то, что вы хотите сделать, на естественном языке. Этот шаг часто многое раскрывает. Нередко вы обнаруживаете, что не в состоянии записать задачу на естественном языке. В таком случае не надейтесь, что вам удастся составить программу. И потом ведь намного легче переделать описание задачи на естественном языке в период разработки спецификаций (прототипов функций и типов переменных), чем переписывать потом программу, которую считают уже завершенной. Таким образом, важно сформулировать задачу правильно на стадии проектирования, чтобы не исправлять ее позднее на стадиях программирования и отладки. Сначала напишите программу на естественном языке.

Метод проектирования сверху вниз (метод пошаговой детализации) предусматривает сначала определение задачи в общих чертах, а затем постепенное уточнение структуры путем внесения более мелких деталей. Проектирование представляет собой последовательность шагов такого уточнения. На каждом шаге необходимо выявить основные функции, которые нужно выполнить, т.е. данная задача разбивается на ряд подзадач, пока эти подзадачи не станут настолько простыми, что каждой из них будет соответствовать один модуль.  Именно такой традиционный и по существу иерархический подход применяется при создании сложных структур в других областях, например, в серийном производстве. Затем проект системы может быть проверен и подтвержден моделированием или расчетами. Действие каждого модуля может быть описано одной фразой. Если описание модуля занимает больше одной строки, подумайте о его перепроектировании. Далее следует описать данные, указывая их структуру и основные процессы обработки. Это описание должно включать тщательно отобранные контрольные примеры, убедительно демонстрирующие функции системы и их наиболее существенные варианты. Такие примеры будут полезны позже на стадии отладки и тестирования. При описании модуля должны быть описаны его тестовые данные. Тестирование программы неизбежно, поэтому выявление требований к тестированию заранее, на стадии проектирования, является хорошей практикой. Логическая проверка фрагментов программы должна уменьшить необходимость тестирования конечной программы. Чтобы выполнить это “ручное” тестирование, спецификации системы должны быть достаточно точными. При дальнейшем проектировании спецификации могут уточняться. Пример спецификаций – описания структур данных, назначения и прототипов функций для их обработки. Непосредственно программирование функций будет выполняться на последующих шагах. Разрабатывайте тестовые данные заранее.

Основное преимущество такого метода работы — то, что он обеспечивает создание документации. Документацию всегда начинают создавать во время разработки спецификаций, но часто результаты этой начальной работы утеряны к моменту формирования окончательной документации. Лучше всего, когда большая часть документации разработана до начала программирования. Это также способствует улучшению программы. Ведь программист должен более тщательно обдумать структуру, данные и тестирование своей программы, чтобы записать все это на бумаге.

Проектирование должно быть завершено до начала программирования. Как только приступают к программированию, создается психологический барьер, препятствующий дальнейшим улучшениям проекта. Следует сделать несколько итераций проекта прежде, чем начать программирование. В небольших проектах, где этап проектирования является менее решающим, часто программисты приступают к программированию слишком рано. Многие программы вообще не проектируются, а создаются сразу в форме кода. Прежде чем начать программировать, разработайте проект.

Однако цена обнаружения и корректирования ошибок в системе возрастает по мере приближения программы к завершению. Исправление ошибок, найденных во время проектирования, относительно недорого (переделать проект) по сравнению с обнаружением и исправлением ошибок на конечном этапе тестирования (перепрограммировать задачу). Кроме того, поздно найденные ошибки затрагивают многих и вызывают необходимость связи между группами (например, между программистами, теми, кто делает документацию, и заказчиками). Исключайте ошибки с самого начала. В большинстве случаев ошибки в системе — результат неполных или противоречивых спецификаций проекта. Опытные программисты считают, что на стадии спецификаций проекта вносится до двух третей ошибок. Следовательно, именно здесь должны быть сосредоточены наши главные усилия, так как ошибки при проектировании дороже всего обходятся. Хорошее программирование не спасет плохой проект