结构化程序设计

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结构化程序设计(Structured programming)

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什么是结构化程序设计

  结构化程序设计是指程序的设计、编写和测试都采用一种规定组织形式进行,这样,可使编制的程序结构清晰,易于读懂,易于调试和修改,充分显示出模块化程序设计的优点。

结构化程序设计的内容

  结构化程序设计(structured programming)是进行以模块功能和处理过程设计为主的详细设计的基本原则。其概念最早由E.W.Dijikstra在1965年提出的,是软件发展的一个重要的里程碑。它的主要观点是采用自顶向下、逐步求精及模块化的程序设计方法;使用三种基本控制结构构造程序,任何程序都可由顺序、选择、循环三种基本控制结构构造。结构化程序设计主要强调的是程序的易读性。

  结构化程序设计在1960年代开始发展,科拉多·伯姆及朱塞佩·贾可皮尼伯姆于1966年5月在《Communications of the ACM》期刊发表论文,说明任何一个有goto指令的程序,可以改为完全不使用goto指令的程序,后来艾兹赫尔·戴克斯特拉在1968年也提出著名的论文《GOTO陈述有害论》(Go To Statement Considered Harmful),因此结构化程序设计开始盛行,此概念理论上可以由结构化程序理论所证明,而在实务上,当时也有像ALGOL一样,有丰富控制结构的编程语言来实现结构化程序设计。在20世纪70年代初,由Boehm和Jacobi提出并证明的结构定理:即任何程序都可以由3种基本结构程序构成结构化程序,这3种结构是:顺序结构、分支(条件选择)结构和循环结构。每一个结构只有一个入口和一个出口,3种结构的任意组合和嵌套就构成了结构化的程序。程序的基本结构有四种:顺序结构,分支程序结构,循环程序结构,子程序结构。

结构化程序设计的构成

  结构化程序设计的三种基本结构是:顺序结构、选择结构和循环结构。

  • 顺序结构

  顺序结构表示程序中的各操作是按照它们出现的先后顺序执行的。顺序结构的程序又称简单程序,这种结构的程序是顺序执行的,无分支,无转移,无循环,程序本身的逻辑很简单,它只依赖于计算机能够顺序执行指令(语句)的特点,只要语句安排的顺序正确即可。

  • 选择结构

  选择结构表示程序的处理步骤出现了分支,它需要根据某一特定的条件选择其中的一个分支执行。选择结构有单选择、双选择和多选择三种形式。

  • 循环结构

  循环结构表示程序反复执行某个或某些操作,直到某条件为假(或为真)时才可终止循环。在循环结构中最主要的是:什么情况下执行循环?哪些操作需要循环执行?循环结构的基本形式有两种:当型循环和直到型循环。 当型循环:表示先判断条件,当满足给定的条件时执行循环体,并且在循环终端处流程自动返回到循环入口;如果条件不满足,则退出循环体直接到达流程出口处。因为是"当条件满足时执行循环",即先判断后执行,所以称为当型循环。 直到型循环:表示从结构入口处直接执行循环体,在循环终端处判断条件,如果条件不满足,返回入口处继续执行循环体,直到条件为真时再退出循环到达流程出口处,是先执行后判断。因为是"直到条件为真时为止",所以称为直到型循环。

结构化程序设计的特点

  结构化程序中的任意基本结构都具有唯一入口和唯一出口,并且程序不会出现死循环。在程序的静态形式与动态执行流程之间具有良好的对应关系。

  • 优点

  由于模块相互独立,因此在设计其中一个模块时,不会受到其它模块的牵连,因而可将原来较为复杂的问题化简为一系列简单模块的设计。模块的独立性还为扩充已有的系统、建立新系统带来了不少的方便,因为我们可以充分利用现有的模块作积木式的扩展。按照结构化程序设计的观点,任何算法功能都可以通过由程序模块组成的三种基本程序结构的组合:顺序结构、选择结构和循环结构来实现。

  结构化程序设计的基本思想是采用"自顶向下,逐步求精"的程序设计方法和"单入口单出口"的控制结构。自顶向下、逐步求精的程序设计方法从问题本身开始,经过逐步细化,将解决问题的步骤分解为由基本程序结构模块组成的结构化程序框图;"单入口单出口"的思想认为一个复杂的程序,如果它仅是由顺序、选择和循环三种基本程序结构通过组合、嵌套构成,那么这个新构造的程序一定是一个单入口单出口的程序。据此就很容易编写出结构良好、易于调试的程序来。

  1. 整体思路清楚,目标明确。
  2. 设计工作中阶段性非常强,有利于系统开发的总体管理和控制
  3. 系统分析时可以诊断出原系统中存在的问题和结构上的缺陷。
  • 缺点
  1. 用户要求难以在系统分析阶段准确定义,致使系统在交付使用时产生许多问题。
  2. 用系统开发每个阶段的成果来进行控制,不能适应事物变化的要求。
  3. 系统的开发周期长。

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