Технологии программирования
В проектировании и программировании активно применяются следующие технологии:
•Структурное программирование.
•Модульное программирование.
•Объектно-ориентированное программирование.
•Компонентное программирование.
Структурное программирование
Э. Дэйкстра (60-е годы):
Для любой простой программы можно построить функционально эквивалентную ей структурную программу, т.е. программу, сформированную на основе фиксированного базисного множества, включающего:
•структуру последовательного действия,
•структуру выбора одного из двух действий
•структуру цикла, то есть многократного повторения некоторого действия с проверкой условия остановки повторения.
Простая программа – ровно один вход и один выход.
Базисные конструкции:
Стандартизация и линейность программы – снижение сложности.
126
Некоторые соображения:
•Алгоритм должен иметь 1 вход и 1 выход.
•Никаких goto.
•Нет зависимости от языка программирования.
•Ясен набор операторов, который необходим в языках программирования.
Модульное программирование
Основная идея: разбиваем сложную задачу на подзадачи, каждую из них при необходимости разбиваем снова и т.д.
Получаем простые задачи, их решаем, объединяем.
Структурное программирование – универсальный базис алгоритмических конструкций.
Модульное программирование – специфичный для задачи базис из модулей.
•Более высокий уровень абстракции.
•Настройка на конкретную задачу.
•Возможности повторного использования.
•Возможности коллективной разработки – разделение труда.
Объектно-ориентированное программирование
Дальнейшая борьба со сложностью. Технология работает с этапа анализа: Анализ – Проектирование – Программирование. В основе – объектная модель и объектная декомпозиция.
Основные принципы объектной модели:
•абстракция;
•инкапсуляция;
•иерархия (наследование, агрегация);
•полиморфизм;
•модульность.
127
Объектная декомпозиция (в отличие от алгоритмической): элементы проекта – классы и объекты (а не алгоритмы). И только потом данные и алгоритмы.
Компонентное программирование
Компонентное программирование – развитие объектно-
ориентированной идеологии.
Введен следующий уровень абстракции – классы объединяются в
компоненты.
Основной принцип компонентного программирования: сборка приложения из готовых компонент, в общем случае написанных на разных языках.
Компонент:
•программный код в виде самостоятельного модуля
•может быть использован в неизменном виде
•может допускать настройку
•обладает поведением (функциональностью).
Компонент изолирован от внешнего мира своим интерфейсом – набором методов (их сигнатурами).
Компонентная программа – набор независимых компонент, связанных друг с другом посредством интерфейсов.
Структурная декомпозиция задачи и разработка алгоритмов и программ методами сверху вниз и снизу вверх
Любая сложная система состоит из более мелких частей, таким же образом можно представить любой алгоритм или программу. На первом этапе проектируемый алгоритм представляется в виде одного блока. Затем определяется структура этого блока, исходный алгоритм разбивается на части и т.д. На рисунке представлены нисходящая (сверху вниз) и восходящая (снизу вверх) технологии алгоритмизации.
128
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е |
|
|
F |
|
|
G |
|
|
H |
|
I |
|
J |
|
K |
|
L |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сверху вниз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Снизу вверх |
||||||
Рис. Нисходящая и восходящая технологии алгоритмизации |
||||||||||||||||||||||||||||||
Часто отдельные |
|
части |
|
сложной |
программы |
оформляют в виде |
||||||||||||||||||||||||
отдельных подпрограмм. При разработке программы по принципу «сверху вниз» вначале проектируется алгоритм главной программы (функции main), на втором этапе – блоков или подпрограмм, вызываемых из главной программы, затем – блоков или подпрограмм следующего уровня и т.д.
Задача. Сортировка числовой последовательности.
Дано целое n и вещественные x1, x2, ..., xn. Составить программу печати заданных вещественных чисел в порядке возрастания (не убывания).
Тест. |
|
|
|
|
|
Вход: |
|
|
|
|
|
Введите количество чисел |
5 |
|
|
|
|
Введите числа |
12.5 |
6 |
14 -3 |
10 |
|
Выход: |
|
|
|
|
|
Упорядоченные числа: |
-3.0 |
6.0 |
10.0 |
12.5 |
14.0 |
Разработаем алгоритм программы нисходящим методом.
Для хранения данных нужен массив. Исходные данные вводятся в
массив, там сортируются по возрастанию, а затем выводятся. Оформим в виде отдельных подпрограмм ввод данных и сортировку массива.
Функциональную структуру программы можно представить в виде дерева, как показано на рисунке ниже.
129
main
|
|
Vvod |
|
|
Sort |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. Функциональная структура программы |
|||||
|
1 этап. Разработка алгоритма функции main(). |
|||||
|
Алгоритм (на псевдокоде): |
|||||
1. |
n = Vvod(x); |
// Ввод n и массива x |
||||
2. |
Sort (x,n); |
// Сортировка массива x по возрастанию; |
||||
3. |
Вывод сортированного по возрастанию массива x; |
|||||
2 этап. Детализируем шаги алгоритма. Это можно делать в любом порядке. Начнем, например, с вывода упорядоченного массива x.
// 3. Вывод массива x
Вывод заголовка "Упорядоченные числа:";
for (i=0; i<n; i++)
Вывод x[i];
Теперь рассмотрим алгоритм функции ввода данных. int Vvod (float x[])
{
Ввод n;
for (i=0; i<n; i++)
Ввод x[i];
Возврат n;
}
Осталось рассмотреть функцию сортировки массива x. Существует много различных методов сортировки массивов. Рассмотрим метод
последовательного нахождения максимума.
Вначале наибольший элемент ищется среди всех n элементов, после чего происходит перестановка его с последним элементом. Далее максимальный
130
элемент ищется уже среди n-1 элементов и меняется местами с предпоследним элементом. Затем эта процедура повторяется для n-2 элементов и т.д. Последний раз наибольший элемент находится из первых двух элементов и переставляется местами со вторым элементом.
2.5 |
6 |
14 |
-3 |
10 |
//рассматривается n элементов |
2.5 |
6 |
10 |
-3 |
14 |
|
2.5 |
6 |
10 |
-3 |
//рассматривается n-1 элементов |
|
2.5 |
6 |
-3 |
10 |
|
|
2.56 -3 // рассматривается n-2 элементов
2.5 -3 6
2.5 -3 |
// рассматривается n-3 элементов |
-3 2.5
|
Алгоритм функции сортировки массива x по возрастанию: |
|||
|
void Sort(float x[], int n) |
|||
|
{ for (k=n-1; k>0; k--) |
|
||
|
{ Определение максимума среди элементов |
|||
|
|
x[0], ... , x[k] |
и |
|
|
|
его индекса imax. |
|
|
|
|
Обмен: x[imax] <--> x[k]; |
||
|
} |
|
|
|
|
3 этап. Рассмотрим определение максимума среди элементов x[0], ... , |
|||
x[k] |
и |
его индекса imax. |
|
|
|
imax =0; |
|
||
|
for (i |
=1; i <= k; i++) |
|
|
|
|
if |
(x[i] > x[imax]) |
imax = i; |
|
Программа: |
|
||
#include <stdio.h> |
|
|||
#define |
NMAX 100 /* Макс-е количество входных чисел */ |
|||
/* Функция ввода данных * / |
|
|||
int |
Vvod (float x[]) |
|
||
{ |
|
|
|
|
131