Представление основных структур программирования

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………..5

1.Основные примеры программирования................................................................7

1.1.Разновидности структур  программирования………………………..………...7

1.2.Программирование линейных  и разветвляющихся процессов……...……......9

1.3.Программирование циклических  процессов ………………………………...12

2.Представление основных  структур программирования: итерация, ветвление и процедуры в различных  языках задач……………………………………………18

2.1.Итерация.………………………………... …………………………………….18

2.2.Ветвление.……………………………………………………………………...18

2.3Оператор ветвления(Условная  инструкция, условный оператор) ……….....19

2.4.Процедура……………………………………………………………………...20

2.5.Процедуры и функции  методы класса…………………………………….…20

Заключение……………………………………………………………………..….23

Список используемых источников……………………………………………….33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

  Программи́рование — в обычном понимании, это процесс создания компьютерных программ. Программированием также называют настройку электронных устройств и программно-аппаратных комплексов (например, программирование цифровых АТС, программирование бытовых приборов конечным пользователем, запись информации в ПЗУ). Разработку логической схемы для ПЛИС тоже называют программированием. В общем понимании, программирование - это процесс описания функционирования устройства, который может быть выражен либо в структуре самого устройства, либо в виде набора инструкций. Программирование сочетает в себе элементы науки (логика, математика, информатика, кибернетика), инженерной дисциплины, и искусства (авторской творческой деятельности).

В узком смысле (так называемое кодирование) под программированием  понимается написание инструкций на конкретном языке программирования, часто по уже имеющемуся алгоритму (плану, методу решения задачи). Соответственно, люди, которые этим занимаются, называются программистами (на жаргоне - кодерами), а те, кто разрабатывает алгоритмы - алгоритмистами, специалистами предметной области, математиками.

В более широком смысле под программированием  понимают весь спектр активностей, связанных  с созданием и поддержанием в  рабочем состоянии программ (программного обеспечения ЭВМ). Более точный и  современный термин - программная  инженерия, или инженерия ПО. Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка  и тестирование программ (испытания  программ), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и  сопровождение.

Программирование для ЭВМ основывается на использовании языков программирования, на которых записывается программа. Для того, чтобы программа могла  быть понята и исполнена ЭВМ, требуется  специальный инструмент - транслятор. Основными разновидностями трансляторов являются компилятор и интерпретатор. В настоящее время активно используются так называемые интегрированные среды разработки программ, включающие в свой состав также редактор для ввода и редактирования текстов программ, отладчик для поиска и устранения ошибок в программах, компоновщик для сборки программы из нескольких модулей, и другие служебные модули. Текстовый редактор среды программирования может иметь специфичную функциональность, такую как индексация имен, отображение документации, средства визуального создания пользовательского интерфейса. С помощью текстового редактора программист производит набор программы в виде текста, который называют исходным кодом. Язык программирования определяет синтаксис и изначальную семантику исходного кода, семантика языка программирования может расширяться текстом программы, дополнительными библиотеками и программно-аппаратным окружением, в котором исполняется программа. Компилятор преобразует текст программы в машинный код, непосредственно исполняемый электронными компонентами компьютера. Интерпретатор либо явно не преобразует текст программы в машинный код, либо делает такое преобразование в процессе выполнения программы.

 

На практике редко встречаются  задачи, алгоритм решения которых  является линейным. Часто оказывается, что алгоритм решения даже элементарной задачи не является линейным.

Выбор в точке разветвления алгоритма очередного шага программы  может быть реализован при помощи инструкций if и case. Инструкция if позволяет  выбрать один из двух возможных вариантов, инструкция case — один из нескольких.

Инструкция (цикл) while используется в том случае, если некоторую последовательность действий (инструкций программы) надо выполнить несколько раз, причем необходимое число повторений во время разработки программы неизвестно и может быть определено только во время работы программы.

Типичными примерами использования  цикла while являются вычисления с заданной точностью, поиск в массиве или  в файле.

Инструкция repeat, как и  инструкция while, используется в программе  в том случае, если необходимо выполнить  повторные вычисления (организовать цикл), но число повторений во время  разработки программы неизвестно и  может быть определено только во время  работы программы, т. е. определяется ходом  вычислений.

 

1 ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

 

1.1. Разновидности структур программирования

Программирование представляет собой процесс разработки алгоритма  решения задачи и его реализацию на одном из языков программирования.

Существуют общие приемы и методы, позволяющие представить  алгоритм решения любой задачи в  виде последовательности базовых элементов  и структур. Элементы и структуры  являются базовыми в том смысле, что алгоритмы на их основе реализуются  независимо от конкретного языка  программирования.

В процессе выполнения алгоритма  производятся различные преобразования информации. Эти преобразования осуществляются заданной последовательностью операторов.

Одним из основных понятий  в программировании являются термин переменная и принцип следования.

Переменная – это величина, которая при выполнении алгоритма изменяет свое значение. Когда переменной присваивается новое значение, старое – стирается.

Принцип следования или принцип  обеспеченности переменных состоит  в том, что порядок выполнения операторов в алгоритме должен обеспечить конкретные значения переменных на каждом шаге его выполнения.

Поясним сказанное на примере. Пусть требуется составить структурограмму  вычисления функции

где у = sin x; значения коэффициента b и аргумента х вводятся.

Структурограмма вычисления будет иметь вид, представленный на рис. П.3.1, где t, z – вспомогательные переменные.

Логическая структура  программы может быть выражена комбинацией  трех базовых структур: СЛЕДОВАНИЕ, РАЗВЕТВЛЕНИЕ, ЦИКЛ.

Характерной особенностью этих структур является наличие в них  одного входа и одного выхода.

Важнейшей базовой структурой, вытекающей из принципа обеспеченности переменной, является структура СЛЕДОВАНИЕ, означающая, что два действия должны быть выполнены друг за другом. Каждое действие может означать одно единственное действие или включать в себя несколько  действий. Алгоритм, содержащий только структуры СЛЕДОВАНИЕ, называется линейным алгоритмом.

Приведенная последовательность операторов не допускает никакой  перестановки, так как при перестановке нарушается принцип обеспеченности переменных, и расчет заданной функции  становится невозможен.

Рис. П.3.1. Структурограмма СЛЕДОВАНИЕ

Структура РАЗВЕТВЛЕНИЕ (рис. П.3.2) обеспечивает в зависимости от результата проверки условия выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма продолжается независимо от того, какой путь выбран.

Рис. П.3.2. Структурограмма РАЗВЕТВЛЕНИЕ

В символах псевдокодов структура  РАЗВЕТВЛЕНИЕ соответствует структуре IF-THEN-ELSE или в частном случае – IF-THEN, когда для одного из путей никаких действий предпринимать не надо.

Алгоритм, соответствующий  второй базовой структуре, называется разветвляющимся алгоритмом.

Структура ЦИКЛ обеспечивает повторное выполнение (циклическую  работу) оператора или группы операторов, находящихся в теле цикла.

Различают две разновидности  этой структуры: ЦИКЛ-ПОКА (рис. П.3.3,а) и ЦИКЛ-ДО (рис. П.3.3,б).

Рис. П.3.3. Структура ЦИКЛ: а – ПОКА, б – ДО

В псевдокодах  это циклы WHILE-DO и REPEAT-UNTIL соответственно.

При входе в структуру  ЦИКЛ-ПОКА проверяется условие. Если оно истинно, то выполняется действие «процесс», и снова проверяется  условие. При ложности условия действие «процесс» не выполняется и происходит выход из структуры.

При входе в структуру  ЦИКЛ-ДО сначала выполняется действие «процесс», а затем проверяется  условие. Ложность условия обеспечивает возврат в тело цикла, истинность – выход из структуры.

Основное отличие структур в том, что в зависимости от условия тело цикла в структуре  ЦИКЛ-ПОКА может не выполниться ни разу, а в структуре ЦИКЛ-ДО должно обязательно выполниться хотя бы один раз.

Для управления количеством  повторений символ «процесс» должен включать действие, изменяющее значение условия.

Алгоритмы, имеющие в своем  составе базовую структуру ЦИКЛ, называются циклическими.

Реальные алгоритмы и  вычислительные процессы представляют собой совокупность всех рассмотренных  базовых структур.

1.2. Программирование линейных  и разветвляющихся процессов.

Линейным называется процесс, в котором каждое составляющее его  действие имеет только одного возможного преемника, не зависящего ни от исходных данных, ни от промежуточных результатов.

Представление линейного  процесса производится с помощью  только структур СЛЕДОВАНИЕ. Любой  вычислительный процесс может быть представлен линейным. Это определяется степенью детализации этапов процесса. Чаще всего представление процесса линейным используется на начальных  стадиях разработки программ в целях  выделения основных этапов вычислительного  процесса.

Так, укрупненный алгоритм установления междугородного телефонного  соединения может быть описан с помощью  структурограммы, представленной на рис. П.3.4.

Рис. П.3.4. Алгоритм международной автоматической связи

Линейность алгоритма  устанавления соединения объясняется  лишь отсутствием детализазации  процесса коммутации. Детализация алгоритма  приведет уже на начальном ее этапе  к включению в него символа  РАЗВЕТВЛЕНИЕ, определяющего в зависимости  от состояния линии «свободно-занято» – ввод кода города либо повторный набор индекса соединений.

Таким образом, алгоритм сразу  перестает быть линейным.

Вычислительный процесс  называется разветвляющимся, если у  некоторых действий, составляющих процесс, имеется два или более возможных  преемников, причем выбор действия для продолжения осуществляется по значениям исходных данных или  промежуточных результатов.

Для программирования по выбору ветвей процесса используется базовая  структура РАЗВЕТВЛЕНИЕ. Разветвление на два пути реализуется одной  базовой структурой, а на три и  более путей - совокупностью базовых структур, вложенных одна в другую. Их число должно быть на единицу меньше числа возможных ветвей процесса.

В качестве примера изобразим  структурограмму (рис. П.3.5) вычисления некоторой функции

Рис. П.3.5. Структурограмма вложенного ветвления

В случае если число точек  ветвления достаточно велико (больше трех) и условия ветвления могут  быть записаны не в виде неравенств, определяющих принадлежность аргумента  тому или иному диапазону, а в  виде точно определенных значений, целесообразно использовать в программировании конструкцию CASE.

Для иллюстрации программирования в случае большого числа точек  ветвления построим структурограммы  вычисления функции

сначала с использованием структуры РАЗВЕТВЛЕНИЕ (рис. П.3.6, а), а затем конструкции CASE (рис. П.3.6, б).

Рис. П.3.6. Структурограмма ветвления с большой степенью 
вложенности с использованием структур: 
а – РАЗВЕТВЛЕНИЯ, б – конструкции CASE

Сравнение двух структурограмм показывает, что использование конструкции CASE в случае точного определения  значений селектора, задающего условия  ветвления, явно предпочтительней.

1.3.  Программирование  циклических процессов

Вычислительный процесс  называется циклическим, если некоторые  действия, составляющие процесс, повторяются  многократно при однократном  выполнении всего процесса, объемлющего  этот цикл.

Число повторений цикла может  быть либо известно заранее, либо неизвестно. Циклы с известным количеством  повторений принято называть арифметическими (цикл с параметром), а с неизвестным – итерационными.

В арифметических циклах вводится специальная переменная, называемая счетчиком цикла, и задаются ее начальное  и конечное значения. После каждого  выполнения тела цикла значение счетчика изменяется на единицу, и выход из цикла осуществляется после достижения счетчиком его конечного значения.

В итерационных циклах на каждом шаге вычислений происходят последовательное приближение и проверка условия  достижения искомого результата. Выход  из цикла осуществляется в случае выполнения заданного условия. Например, вычисление суммы членов ряда с некоторой  заранее заданной точностью ε. При этом на каждом шаге в сумму добавляется очередной член ряда, и суммирование производится до тех пор, пока значение этого члена не станет меньше ε.