Programmentwurf mittels strukturierter Programmierung. Programmentwurf. Nassi-Shneiderman-Diagramm [DIN ]

Transkript

1 Programmentwurf Bevor man sich daran macht, den Quelltext eines Programmes zu schreiben, sollte man sich einen Plan der Struktur des zukünftigen Programmes machen. Diese Phase eines Softwarentwicklungsprojekts bezeichnet man als Entwurfsphase (oder Designphase). Im folgenden sollen zwei Methoden für den Entwurf strukturierter Programme behandelt werden: e (DIN ) (auch Programm-Ablaufpläne genannt) und Struktogramme (DIN ) (nach ihren Erfindern Nassi-Shneiderman- Diagramme auch genannt). Der Begriff strukturierte Programmierung wurde bereits 1968 von einem der großen Informatikpioniere, Prof. Dijkstra, geprägt. Bei der strukturierten Programmierung werden Programme aus Strukturblöcken zusammengesetzt, die jeweils genau einen definierten Beginn (Eingang) und genau ein definiertes Ende (Ausgang) besitzen. Diese Art der Strukturierung vermeidet die unstrukturierte und dadurch fehleranfällige Programmierung wie sie in Assemblersprachen oder anderen Sprachen mit intensiver Verwendung des Sprachelements goto üblich war. Programmentwurf mittels strukturierter Programmierung Insbesondere durch Vermeidung der Sprunganweisung goto soll zuverlässige, lesbare und wartungsfreundliche Software erstellt werden, und zwar vom Entwurf über eine direkt codierfähige Logikbeschreibung bis zum Austesten des Programms sowie seiner Dokumentation. Dies geschieht durch die strikte Beachtung folgender Vorschriften: Programmiersprachunabhängiger Entwurf der Programmstruktur Hierarchische Gliederung der Struktur mit der Möglichkeit der schrittweisen Verfeinerung Zusammensetzung der Programmstruktur aus wenigen elementaren und leicht verständlichen Strukturblöcken Erstellung von zuverlässigem, lesbarem und wartungsfreundlichem Programmcode durch Vermeidung von unstrukturierten Sprunganweisungen (goto). Vorteile [DIN ] Programmentwurf 1/30 Struktogramme stellen (wie Programmablaufpläne) die logischen Strukturen von Problemlösungen dar und sind deshalb unabhängig von Programmiersprachen die Gesamtproblematik und die Teilprobleme sind mit denselben Strukturblöcken und Reihungsregeln darstellbar. Durch diese Möglichkeit einer schrittweisen Verfeinerung können Struktogramme als Planungs-, Test- und Dokumentationshilfsmittel verwendet werden die Zahl der elementaren logischen Strukturblöcke wird auf maximal sieben beschränkt durch die Kanalstruktur (genau ein Eingang in und ein Ausgang aus jedem ) werden die Auswirkungen von Bedingungen klar erkennbar durch das Klammersymbol wird der Umfang von deutlich sichtbar Abläufe, die diesen elementaren logischen Strukturen nicht entsprechen, können nicht dargestellt werden (da ein Sprungsymbol fehlt, sind keine "wilden" Sprünge möglich!) Programmentwurf 3/30 Vorteile (Fortsetzung) [DIN ] Programmentwurf 2/30 die Strukturblöcke werden durch je eine eindeutige Eintritts- und eine eindeutige Austrittsstelle miteinander verbunden (striktes Prinzip der Zweipoligkeit), wodurch Vieldeutigkeit vermieden wird durch die Beschränkung auf maximal sieben elementare Strukturblöcke und durch das Prinzip der Zweipoligkeit sind die Struktogramme für alle Fachabteilungen leicht lesbar, und ihre logische Richtigkeit ist schnell und sicher testbar (lineare Kontrollstrukturen) Nachteile Beschränkung der Individualität beim Problemlösen durch die Auflage von Regeln für die strukturierte Programmierung häufig sind aufwendige Änderungsarbeiten notwendig, da wegen des strikten Gebots der Zweipoligkeit Einfügungen oder Löschungen nicht ohne weiteres möglich sind da die Strukturblöcke nur einen Ausgang haben, können mehrere Schalter und Abfragen notwendig werden Programmentwurf 4/30

2 Es gibt derzeit (2007) eine Reihe von Werkzeugen, um Struktogramme rechnergestützt zu erstellen. Dabei muß man zwei Arten von Werkzeugen grundsätzlich auseinanderhalten: 1. Werkzeuge zum Entwerfen von Programmen mittels Struktogrammen Dies sind graphische Editoren, mit denen es möglich ist, interaktiv Struktogramme zu entwickeln. Diese Programme unterstützen den Programmentwurf im oben beschriebenen Sinn. Mir sind leider keine Freeware- oder Sharewareprogramme von diesem Typ bekannt. 2. Werkzeuge zum Dokumentieren bereits fertiger imperativer (C, Pascal, va) Programme. Diese lesen als Eingabe den entsprechende Quelltext und liefern als Ausgabe Struktogramme, in deren Strukturblöcken die Anweisungen des eingelesenen Quelltexts stehen. Zu diesem Genre gibt es eine Reihe von Freeware- oder Sharewareprogrammen. Achtung: Da ich im Rahmen der Belegarbeiten Programmentwürfe erwarte, können Sie die zweite Sorte von Programmen vergessen! Der Programmentwurf soll Anweisungen in natürlicher Sprache enthalten und nicht das fertige Programm in einer bereits gewählten Programmiersprache! Anweisungsfolge Programmentwurf 5/30 Nassi-Shneiderman-Diagram heißen auch Struktogramme. Sie betonen die Struktur des geplanten Programms. Die kleinste Einheit in einem einem Struktogramm ist der. Es gibt 6 verschiedene Strukturblöcke, die im Folgenden vorgestellt werden: einfacher Anweisungsfolge Schleife Funktionsaufruf Einige dieser Strukturblöcke werden noch nach verschiedenen Fällen weiter unterschieden. Struktogramme geben im Wesentlichen die Kontrollstruktur des Programms wieder. Programmentwurf 6/30 Anweisungsfolge bedingte Auswahl Bedingung erfüllt? letzter Programmentwurf 7/30 Programmentwurf 8/30

3 alternative Auswahl (ohne Fehlerausgang) Bedingung erfüllt? Fall 1 Fall 2 Fallabfrage Fall n n Programmentwurf 9/30 Programmentwurf 10/30 (mit Fehlerausgang) nicht abweisende Schleife Fall 1 Fall 2 Fall zulässig? Fall n 1 2 n Fehlerfall Wiederhole, bis Endebedingung erfüllt ist Programmentwurf 11/30 Programmentwurf 12/30

4 Funktion (Unterprogramm) Defintion einer Funktion abweisende Schleife (kann auch eine Zählerschleife sein!) Funktionsbezeichner Wiederhole, solange Bedingung erfüllt ist letzter Funktion (Unterprogramm) Benutzung einer Funktion (Funktionsaufruf) Funktionsbezeichner Programmentwurf 13/30 Vorteile Programmablaufplan () [DIN ] detaillierte und genaue Beschreibung der Ablauflogik Sinnbilder sind direkt codierbar Möglichkeit der Anwendung der strukturierten Programmierung Nachteile Programmentwurf 14/30 kein Zwang zur strukturierten Programmierung stufenweise nicht weiter verfeinerbar, da es bereits die höchste Detaillierungsstufe beschreibt bei umfangreichen Programmen schwer überschaubar viele Fallunterscheiden führen zu unübersichtlichen Bildern, da nur maximal drei Alternativen mit einer Abfrage verfolgt werden können durch viele sausgänge in unterschiedliche Programmteile können bei Änderungen leicht Fehler unterlaufen relativ aufwendige Änderungen keine Darstellung des Datenflusses Programmentwurf 15/30 Programmentwurf 16/30

5 Anweisungsfolge bedingte Auswahl 1. Bedingung erfüllt? 2. letzter alternative Auswahl Programmentwurf 17/30 (ohne Fehlerausgang) Programmentwurf 18/30 Bedingung erfüllt? Fallabfrage 1 2 n Programmentwurf 19/30 Programmentwurf 20/30

6 (mit Fehlerausgang) abweisende Schleife Fall zulässig Fallabfrage Ausführungsbedingung erfüllt? 1 2 n im Fehlerfall nicht abweisende Schleife Programmentwurf 21/30 Zählerschleife Programmentwurf 22/30 Zähler auf Startwert Endebedingung erfüllt? Zähler < Endwert? Zähler erhöhen Programmentwurf 23/30 Programmentwurf 24/30

7 C-Programmcode Anweisungsfolge C-Programmcode <Anweisung 1 > ; <Anweisung 2 > ; <Anweisung n > ; bedingte Auswahl if ( <Bedingung> ) altenative Auswahl if ( <Bedingung> ) } else } ohne Fehlerausgang switch ( <Ausdruck> ) C-Programmcode case <konstanter Ausdruck> : case <konstanter Ausdruck> : mit Fehlerausgang switch ( <Ausdruck> ) case <konstanter Ausdruck> : case <konstanter Ausdruck> : default: Programmentwurf 25/30 nicht abweisende Schleife do } while ( <Bedingung> ) ; abweisende Schleife while ( <Bedingung> ) C-Programmcode Programmentwurf 26/30 Programmentwurf 27/30 Programmentwurf 28/30

8 C-Programmcode C-Programmcode Funktionen Zählerschleife for ( <Startwert> ; <Bedingung> ; <Ausdruck> ) Funktionsdeklaration <Rückgabetyp> <Funktionsbezeichner> ( <Liste formaler Parameter> ) ; Funktionsdefinition <Rückgabetyp> <Funktionsbezeichner> ( <Liste formaler Parameter> ) Funktionsaufruf <Funktionsbezeichner> ( <Liste aktueller Parameter> ) ; Programmentwurf 29/30 Programmentwurf 30/30