Лабораторная работа № 2 Структурный подход к программированию. Стадия «Эскизный проект»

Цель занятия:научиться создавать формальные модели и на их основе определять спецификации разрабатываемого программного обеспечения.

Теория:

Анализ требований и определение спецификаций при структурном подходе

На этом этапе необходимо построить модели ПО во взаимодействии с окружающей средой. Поскольку разные модели описывают проектируемое программное обеспечение с разных сторон, рекомендуется использовать сразу несколько моделей и сопровождать их описаниями. Структурный подход к проектированию программных продуктов предполагает разработку следующих моделей:

• диаграмм потоков данных (DFD – Data Flow Diagrams), описывающих взаимодействие источников и потребителей информации через процессы, которые должны быть реализованы в системе;

• диаграмм «сущность-связь» (ERD – Entity-Relationship Diagrams), описывающих базы данных разрабатываемой системы;

• диаграмм переходов состояний (STD – State Transition Diagrams), характеризующих поведение системы во времени;

• функциональных диаграмм (методология SADT);

• спецификаций процессов;

• словаря терминов.

1. Спецификации процессов

Спецификации процессов могут быть представлены в виде псевдокодов, блок-схем алгоритмов, Flow-форм, диаграмм Насси-Шнейдермана или просто краткого текстового описания.

При структурном программировании различают три вида вычислительного процесса: линейный, разветвленный и циклический.

Линейная структура– выполнение операторов последовательно.

Разветвленная структура– в зависимости от выполнения некоторого условия выполняется та или иная последовательность операторов.

Циклическая структура– многократное выполнение одинаковой последовательности операторов.

Схемы алгоритмов

Для изображения схем алгоритмов разработан ГОСТ 19.701-90 (см. табл. 1)

Любой, сколь угодно сложный алгоритм, можно представить с использованием трех основных конструкций, которые получили название базовых:

• следование – обозначает последовательное выполнение действий (рис. 1 а);

Таблица 1

Название	Обозначение	Назначение
Терминатор		Начало, завершение программы или подпрограммы
Процесс		Обработка данных (вычисления, пересылки и т. п.)
Данные		Операции ввода-вывода
Решение		Ветвление, выбор, поисковые и итерационные циклы
Подготовка		Счетные циклы
Граница цикла	Конец	Любые циклы
Предопределенный процесс		Вызов процедур
Соединитель		Маркировка разрывов линий
Комментарий		Пояснения к операциям

• ветвление – соответствует выбору одного из двух вариантов действий (рис. 1, б);

• цикл-пока – определяет повторение действий, пока не будет нарушено некоторое условие, выполнение которого проверяется в начале цикла (рис. 1, в).

Рис 1. Базовые алгоритмические структуры:

а - следование; б - ветвление; в - цикл-пока

Помимо базовых, процедурные языки программирования высокого уровня обычно используют еще три конструкции, которые можно составить из базовых:

• выбор – обозначает выбор одного варианта из нескольких в зависимо­сти от значения некоторой величины (рис. 2, а);

• цикл-до – обозначает повторение некоторых действий до выполнения заданного условия, проверка которого осуществляется после выполнения действий в цикле (рис. 2, б);

• цикл с заданным числом повторений (счетный цикл) – обозначает по­вторение некоторых действий указанное количество раз (рис. 2, в).

Любая из дополнительных конструкций легко реализуется с помощью базовых. Перечисленные шесть конструкций были положены в основу структур­ного программирования.

Рис. 2. Дополнительные структуры алгоритмов:

а - выбор; б - цикл-до; в - цикл с заданным числом повторений

Псевдокоды.

Псевдокод – формализованное текстовое описание алго­ритма (текстовая нотация). В литературе были предложены несколько вари­антов псевдокодов. Один из них приведен в табл. 2.

Таблица 2

Структура	Псевдокод	Структура	Псевдокод
Следование	<Действие1> <Действие2>	Выбор	Выбор<код> <код1>:<Действие1> <код2>: <Действие2> … Все-выбор
Ветвление	Если<Условие> то<Действие1> иначе<Действие2> Все-если	Цикл с заданным количеством повторений	Для <индекс> = <n>,<k>,<h> <Действие> Все-цикл
Цикл-пока	Цикл-пока<Условие> <Действие> Все-цикл	Цикл-до	Выполнять <Действие> До<Условие>

Flow-формы.

Flow-формы представляют собой графическую нотацию описания структурных алгоритмов, которая иллюстрирует вложенность структур. Каждый символ Flow-формы имеет вид прямоугольника и может быть вписан в любой внутренний прямоугольник любого другого символа. Нотация Flow-форм приведена на рис. 3.

Рис. 3. Условные обозначенияFlow-форм для основных конструкций:

а - следование; б - ветвление; в - выбор; г - цикл-до; е - счетный цикл

Диаграммы Насси-Шнейдермана

Диаграммы Насси-Шнейдермана являются продолжением Flow-форм. Отличие их от Flow-форм состоит в том, что область обозначения условий изображают в виде треугольников (рис. 4). Это обозначение обеспечивает большую наглядность представления алгоритма.

При использовании псевдокодов, Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана описать неструктурный алгоритм, невозможно (для неструктурных передач управления в этих нотациях просто отсутствуют условные обозначения).

<Действие 1> <Действие 2> <Действие 3> а	Пока <Действие > б		<Действие> До <Условие> в
<Условие> да нет <Действие 1> <Действие 2> г		1 Код иначе <Действие 1> 2 <Действие 2> <Действие 3> д

Рис. 4. Условные обозначения диаграмм Насси-Шнейдермана для основных конструкций: а - следование; б - цикл-пока; в - цикл-до; г - ветвление; д - выбор

По сравнению с псевдокодами Flow-формы и диаграммы Насси-Шнейдермана, являясь графическими, лучше отображают вложенность конструкций.

Общим недостатком Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана является сложность построения изображений символов, что затрудняет практическое применение этих нотаций для описания больших алгоритмов.