Управляющие структуры и основные конструкции языков программирования

Размещенная в памяти компьютера программа в момент выполнения занимает определенную область памяти. В каждый момент времени состояние программы характеризуется двумя типами сведений:

- состоянием некоторых ячеек памяти, понимаемых нами как переменные;

- активной точкой программы, то есть той командой программы, которая выполняется данный момент.

Следовательно, можно выделить и два основных класса действий, которые может выполнять вычислительная система:

- действия, выделяющие область памяти под переменные программы (описания).

- действия, меняющие точку выполнения программы (операторы, инструкции, конструкции).

Различные совокупности действий второго класса также называют управляющими структурами.

В теории программирования доказано, что программу для решения задачи любой сложности можно составить их трех структур, называемых следованием (цепочкой), ветвлением и циклом. Этот результат установлен Бойном и Якопини в 1966 г. путем доказательства того, что любую программу можно преобразовать в эквивалентную, состоящую только из этих структур и их комбинаций. Каждая из этих управляющих структур реализована в языке программирования набором соответствующих конструкций.

Структура следования (естественная фундаментальная структура) реализует линейный вычислительный процесс, то есть процесс, в котором действия выполняются последовательно, в порядке их записи. Каждое действие является самостоятельным, независимым от каких-либо условий. В языках программирования цепочки реализуются так называемым составной конструкцией следующим образом.

{

оператор 1;

оператор 2;

….

оператор n;

}

На блок-схеме блоки, отображающие эти операции, располагаются в линейной последовательности.

Каждый оператор будет выполняться только тогда, когда закончит выполняться предыдущий. Оператор; - называют оператором следования. Составные операторы заключены в инструктивные скобки. В языке С++ инструктивные скобки записываются как { }. В Паскале –begin end. Составные операторы также называют блоком кода, инструктивным блоком, блоком. Тело любой функции в С++ является блоком.

Пример структуры следования (цепочки)

{

int a=10,b,c;

cin>>b;

c=a+b;

cout<<”a+b =”<<c;

}

Структура ветвления реализует ветвящийся вычислительный процесс, то есть процесс, для реализации которого предусмотрено несколько направлений (ветвей). Ветвление в программе – это выбор одной из нескольких последовательностей операторов при выполнении программы. Выбор направления зависит от заранее определенного признака, который может относиться к исходным данным, к промежуточным данным или конечным результатам. Хотя на схеме алгоритма должны быть показаны все возможные направления вычислений в зависимости от выполнения определенного условия (или условий), при однократном прохождении программы процесс реализуется только по одной ветви, а остальные исключаются. Любая ветвь, по которой осуществляется вычисления, должна приводить к завершению вычислительного процесса.

В языках программирования структура ветвления реализуется условными и селективными констркуциями. Условные конструкции в общем случае имеют форму

если выражение то действие1 иначе действие2;

и следующей смысл: если выражение верно то выполняется действие1, иначе выполняется действие2.

Кроме того, используется и усеченная форма условной конструкции

если выражение то действие1;

На блок-схеме ветвление и усеченное ветвление изображаются следующим образом:

В С++ синтаксис условной конструкции

if (выражение) опрератор1; else оператор2;

if (выражение) опрератор1;

Выражение должно быть скалярным и иметь арифметический тип или тип указателя. В операторе if оператор1 выполняется в том случае, если выражение ненулевое, иначе выполняется оператор2 или не выполняются никакие действия, если оператор2 не задан, то есть отсутствует else. В частности, если a целое, то if (a) эквивалентно if (a!= 0).

Оператор1 и оператор2 могут представлять собой один оператор или блок операторов, но не могут быть описаниями.

if (a==b) cout <<”Введенные значения равны”; else cout <<”Введенные значения не равны”;

В соответствии неписаными правилами хорошего стиля программирования в условных инструкциях логическое выражение необходимо составлять таким образом, чтобы чаще всего оно было истинным.

cin>>a>>b;

if (a) {c=b/a; cout<<c;}

else cout<<”Ошибка ввода”;

Часто используются в условиях логические операции &&, ||,!. Операции && и || не будут вычислять второй аргумент, если это не нужно. Например, if (p && r) … вначале проверяет, является ли p не нулем, и только, если это так, то проверяет r.

Еслинекоторое действие выполняется при выполнении двух условий желательно записывать их в виде одного выражения.

Можно записать

if (a>0)

if (b>0) c=a*b;

но лучше if (a>0 && b>0) c=a*b;

Селективные инструкции используются для реализации мультиветвления и в общем случае имеют вид:

если (выражение)

{имеет значение1 то действие1,

имеет значение2 то действие2

….

имеет значениеn то действиеn

иначе действиеN+1

}

На блок-схеме мультиветление изображается следующим образом:

В С++ существует конструкция мультиветвления (переключатель). Синтаксис переключателя:

switch (переключающее_выражение)

{case константное_выражение1: оператор1;

case константное_выражение2: оператор2;

...

case константное_выражение n: оператор n;

default:оператор;

}

Если не предусмотрены переходы и выходы из переключателя, то в нем последовательно выполняются все операторы, начиная с той метки, на которую передано управление. Для выхода из переключателя обычно используют оператор break.

Дата добавления: 2015-08-20