結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)順序結(jié)構(gòu)

順序結(jié)構(gòu)表示程序中的各操作是按照它們出現(xiàn)的先后順序執(zhí)行的。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)選擇結(jié)構(gòu)

選擇結(jié)構(gòu)表示程序的處理步驟出現(xiàn)了分支，它需要根據(jù)某一特定的條件選擇其中的一個(gè)分支執(zhí)行。選擇結(jié)構(gòu)有單選擇、雙選擇和多選擇三種形式。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)循環(huán)結(jié)構(gòu)

循環(huán)結(jié)構(gòu)表示程序反復(fù)執(zhí)行某個(gè)或某些操作，直到某條件為假（或?yàn)檎妫r(shí)才可終止循環(huán)。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中最主要的是：什么情況下執(zhí)行循環(huán)？哪些操作需要循環(huán)執(zhí)行？循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本形式有兩種：當(dāng)型循環(huán)和直到型循環(huán)。

當(dāng)型循環(huán)：表示先判斷條件，當(dāng)滿足給定的條件時(shí)執(zhí)行循環(huán)體，并且在循環(huán)終端處流程自動(dòng)返回到循環(huán)入口；如果條件不滿足，則退出循環(huán)體直接到達(dá)流程出口處。因?yàn)槭?當(dāng)條件滿足時(shí)執(zhí)行循環(huán)"，即先判斷后執(zhí)行，所以稱為當(dāng)型循環(huán)。

直到型循環(huán)：表示從結(jié)構(gòu)入口處直接執(zhí)行循環(huán)體，在循環(huán)終端處判斷條件，如果條件不滿足，返回入口處繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，直到條件為真時(shí)再退出循環(huán)到達(dá)流程出口處，是先執(zhí)行后判斷。因?yàn)槭?直到條件為真時(shí)為止"，所以稱為直到型循環(huán)。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)自頂向下

程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先考慮總體，后考慮細(xì)節(jié)；先考慮全局目標(biāo)，后考慮局部目標(biāo)。不要一開始就過多追求眾多的細(xì)節(jié)，先從最上層總目標(biāo)開始設(shè)計(jì)，逐步使問題具體化。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)逐步細(xì)化

對(duì)復(fù)雜問題，應(yīng)設(shè)計(jì)一些子目標(biāo)作為過渡，逐步細(xì)化。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)模塊化

一個(gè)復(fù)雜問題，肯定是由若干稍簡單的問題構(gòu)成。模塊化是把程序要解決的總目標(biāo)分解為子目標(biāo)，再進(jìn)一步分解為具體的小目標(biāo)，把每一個(gè)小目標(biāo)稱為一個(gè)模塊。

限制使用goto語句　結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的起源來自對(duì)GOTO語句的認(rèn)識(shí)和爭論?？隙ǖ慕Y(jié)論是，在塊和進(jìn)程的非正常出口處往往需要用GOTO語句，使用GOTO語句會(huì)使程序執(zhí)行效率較高；在合成程序目標(biāo)時(shí)，GOTO語句往往是有用的，如返回語句用GOTO。否定的結(jié)論是，GOTO語句是有害的，是造成程序混亂的禍根，程序的質(zhì)量與GOTO語句的數(shù)量呈反比，應(yīng)該在所有高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言中取消GOTO語句。取消GOTO語句后，程序易于理解、易于排錯(cuò)、容易維護(hù)，容易進(jìn)行正確性證明。作為爭論的結(jié)論，1974年Knuth發(fā)表了令人信服的總結(jié)，并證實(shí)了：

（1）GOTO語句確實(shí)有害，應(yīng)當(dāng)盡量避免；

（2）完全避免使用GOTO語句也并非是個(gè)明智的方法，有些地方使用GOTO語句，會(huì)使程序流程更清楚、效率更高；

（3）爭論的焦點(diǎn)不應(yīng)該放在是否取消GOTO語句上，而應(yīng)該放在用什么樣的程序結(jié)構(gòu)上。其中最關(guān)鍵的是，應(yīng)在以提高程序清晰性為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)化方法中限制使用GOTO語句。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化編碼

所謂編碼就是把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的算法用計(jì)算機(jī)語言表示，即根據(jù)已經(jīng)細(xì)化的算法正確寫出計(jì)算機(jī)程序。結(jié)構(gòu)化的語言（如 Pascal，C，QBASIC等）都有與三種基本結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的語句。

“面向結(jié)構(gòu)”的程序設(shè)計(jì)方法即結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法， 是“面向過程”方法的改進(jìn)， 結(jié)構(gòu)上將軟件系統(tǒng)劃分為若干功能模塊， 各模塊按要求單獨(dú)編程， 再由各模塊連接， 組合構(gòu)成相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。 該方法強(qiáng)調(diào)程序的結(jié)構(gòu)性， 所以容易做到易讀， 易懂。 該方法思路清晰， 做法規(guī)范， 深受設(shè)計(jì)者青睞。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)(STRUCTURED PROGRAMING，簡稱SP)思想是最早由E.W.Dijikstra在1965年提出的，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想確實(shí)使程序執(zhí)行效率提高 。程序的出錯(cuò)率和維護(hù)費(fèi)用大大減少結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)就是一種進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的原則和方法，按照這種原則和方法可設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)清晰、容易理解、容易修改、容易驗(yàn)證的程序結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于使程序具有一個(gè)合理結(jié)構(gòu)，以保證和驗(yàn)證程序的正確性，從而開發(fā)出正確、合理的程序。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)采用自頂向下、逐步求精的設(shè)計(jì)方法，各個(gè)模塊通過“順序、選擇、循環(huán)”的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，并且只有一個(gè)入口、一個(gè)出口。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則可表示為：程序=(算法) (數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。

算法是一個(gè)獨(dú)立的整體，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(包含數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù))也是一個(gè)獨(dú)立的整體。兩者分開設(shè)計(jì)，以算法(函數(shù)或過程)為主。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟件工程師越來越注重于系統(tǒng)整體關(guān)系的表述，于是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)模型技術(shù)(把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法看做一個(gè)獨(dú)立功能模塊)，這便是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的雛形。

1、軟件的重用性差

重用性是指同一事物不經(jīng)修改或稍加修改就可多次重復(fù)使用的性質(zhì)。軟件重用性是軟件工程追求的目標(biāo)之一。如果軟件的重用性較差那么軟件的造價(jià)就相對(duì)高。

2、軟件的可維護(hù)性差

軟件工程強(qiáng)調(diào)軟件的可維護(hù)性。強(qiáng)調(diào)文檔資料的重要性。規(guī)定最終的軟件產(chǎn)品應(yīng)該由完整、一致的配置成分組成。在軟件開發(fā)過程中。始終強(qiáng)調(diào)軟件的可讀性、可修改性和可測(cè)試性是軟件的重要的質(zhì)量指標(biāo)。實(shí)踐證明。用傳統(tǒng)方法開發(fā)出來的軟件．維護(hù)時(shí)其費(fèi)用和成本仍然很高．其原因是可修改性差．維護(hù)困難。導(dǎo)致可維護(hù)性差。

3、開發(fā)出的軟件不能真正滿足用戶需要

結(jié)構(gòu)化方法開發(fā)大型軟件系統(tǒng)涉及各種不同領(lǐng)域的知識(shí)。在開發(fā)需求模糊或需求動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)時(shí)．所開發(fā)出的軟件系統(tǒng)往往不能真正滿足用戶的需要。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)化程序中的任意基本結(jié)構(gòu)都具有唯一入口和唯一出口，并且程序不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)。在程序的靜態(tài)形式與動(dòng)態(tài)執(zhí)行流程之間具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

由于模塊相互獨(dú)立，因此在設(shè)計(jì)其中一個(gè)模塊時(shí)，不會(huì)受到其它模塊的牽連，因而可將原來較為復(fù)雜的問題化簡為一系列簡單模塊的設(shè)計(jì)。模塊的獨(dú)立性還為擴(kuò)充已有的系統(tǒng)、建立新系統(tǒng)帶來了不少的方便，因?yàn)槲覀兛梢猿浞掷矛F(xiàn)有的模塊作積木式的擴(kuò)展。

按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，任何算法功能都可以通過由程序模塊組成的三種基本程序結(jié)構(gòu)的組合：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想是采用"自頂向下，逐步求精"的程序設(shè)計(jì)方法和“單入口單出口”的控制結(jié)構(gòu)。自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計(jì)方法從問題本身開始，經(jīng)過逐步細(xì)化，將解決問題的步驟分解為由基本程序結(jié)構(gòu)模塊組成的結(jié)構(gòu)化程序框圖；“單入口單出口”的思想認(rèn)為一個(gè)復(fù)雜的程序，如果它僅是由順序、選擇和循環(huán)三種基本程序結(jié)構(gòu)通過組合、嵌套構(gòu)成，那么這個(gè)新構(gòu)造的程序一定是一個(gè)單入口單出口的程序。據(jù)此就很容易編寫出結(jié)構(gòu)良好、易于調(diào)試的程序來。

①整體思路清楚，目標(biāo)明確。

②設(shè)計(jì)工作中階段性非常強(qiáng)，有利于系統(tǒng)開發(fā)的總體管理和控制。

③在系統(tǒng)分析時(shí)可以診斷出原系統(tǒng)中存在的問題和結(jié)構(gòu)上的缺陷。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)缺點(diǎn)

①用戶要求難以在系統(tǒng)分析階段準(zhǔn)確定義，致使系統(tǒng)在交付使用時(shí)產(chǎn)生許多問題。

②用系統(tǒng)開發(fā)每個(gè)階段的成果來進(jìn)行控制，不能適應(yīng)事物變化的要求。

③系統(tǒng)的開發(fā)周期長。2100433B

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)提出的原則可以歸納為32個(gè)字：自頂向下，逐步細(xì)化；清晰第一，效率第二；書寫規(guī)范，縮進(jìn)格式；基本結(jié)構(gòu)，組合而成。

底層的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)化的程序是以一些簡單、有層次的程序流程架構(gòu)所組成，可分為順序（sequence）、選擇（selection）及循環(huán)（repetition）。

● 順序是指程序正常的執(zhí)行方式，執(zhí)行完一個(gè)指令后，執(zhí)行后面的指令。

● 選擇結(jié)構(gòu)顧名思義，當(dāng)程序到了一定的處理過程時(shí)，遇到了很多分支，無法按直線走下去，它需要根據(jù)某一特定選擇結(jié)構(gòu)表示程序的處理步驟出現(xiàn)了分支，它需要根據(jù)某一特定的條件選擇其中的一個(gè)分支執(zhí)行，選擇結(jié)構(gòu)有單選擇、雙選擇和多選擇三種形式。

● 不斷的重復(fù)，被稱作循環(huán)，所以這里的循環(huán)結(jié)構(gòu)通常就是用來表示反復(fù)執(zhí)行一個(gè)程序或某些操作的過程，直到某條件為假（或?yàn)檎妫r(shí)才可終止循環(huán)。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中最主要的是：什么時(shí)候可以執(zhí)行循環(huán)？出現(xiàn)哪些操作需要循環(huán)執(zhí)行？循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本形式有兩種。當(dāng)型循環(huán)和直到型循環(huán)。

● 重用測(cè)試過代碼，如果重用別的程序中的部分越多，您自身的工作也越簡單。在面向?qū)ο笾校赜玫倪^程更為容易一些，因?yàn)榇a本身的可復(fù)用性更高。如果項(xiàng)目的任務(wù)不重，程序員之間的協(xié)作也更容易。

面向?qū)ο蟮念悗熘械念惡涂蚣苣軌驇椭鷾p輕編程任務(wù)。例如，如果您使用了蘋果公司提供的軟件框架，您就可以和蘋果公司的程序員合作。這些框架通常構(gòu)成了您的程序中比較基礎(chǔ)的部分，而您可以把精力放在您最擅長的方面，其它的事情讓類庫的開發(fā)人員去做。因此，您的項(xiàng)目可以更快的做出原型系統(tǒng)，更快的完成，協(xié)作方面的問題也更少。

若一個(gè)編程語言的語法允許用成對(duì)的關(guān)鍵字包圍一段程序，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)，這種編程語言稱為有“區(qū)塊結(jié)構(gòu)”（block-structured），這類的結(jié)構(gòu)包括用ALGOL 68的if..fi包圍的程序，或是在PL/I中用BEGIN..END包圍的一段程序，或是在C語言中用大括號(hào){...}包圍的一段程序。

結(jié)構(gòu)化編程語言

用任何語言都可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，不過一般較常使用程序式的編程語言。早期的結(jié)構(gòu)化編程語言包括ALGOL、 Pascal、PL/I及Ada，不過后來大部份的程序式編程語言都鼓勵(lì)使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，有時(shí)也會(huì)特意的省去一些特性（例如不支援goto指令）使得非結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)更加困難。

結(jié)構(gòu)化編程理論基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)化程序理論可做為結(jié)構(gòu)化編程的理論基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)化程序理論中提到利用順序、選擇及重復(fù)這三種組合程序的方式，可以表示所有可計(jì)算函數(shù)。上述的三種結(jié)構(gòu)已足以表示CPU中的指令周期，也可以表示圖靈機(jī)的運(yùn)作，以此觀點(diǎn)來看，處理器所執(zhí)行的指令可視為是某種“結(jié)構(gòu)化程序”，雖然整個(gè)程序可能不是一個(gè)結(jié)構(gòu)化程序。一般都認(rèn)為結(jié)構(gòu)化程序理論是歸功于伯姆和賈可皮尼于1966年發(fā)表的論文，其中一個(gè)原因可能是戴克斯特拉引用過此論文。結(jié)構(gòu)化程序理論未提及如何撰寫結(jié)構(gòu)化程序，也沒有提到結(jié)構(gòu)化程序的分析，后來1960至1970年代時(shí)，戴克斯特拉、羅伯特·弗洛伊德、東尼·霍爾等計(jì)算機(jī)科學(xué)家在此領(lǐng)域有許多的貢獻(xiàn)。

結(jié)構(gòu)化編程爭議

結(jié)構(gòu)化編程中一項(xiàng)重要的原則是減少甚至禁止goto指令的使用，不過不是所有計(jì)算機(jī)科學(xué)家都贊成禁止使用goto指令。高德納贊成程序設(shè)計(jì)時(shí)需考慮可讀性，但他不贊成禁用goto指令。在其1974年發(fā)表的論文《使用goto指令的結(jié)構(gòu)化編程》（Structured Programming with Goto Statements）中，他提出了一些程序，使用goto指令可以使得程序更清楚而有效率，也不會(huì)犧牲程序的可讀性。高德納提出了一個(gè)較松的結(jié)構(gòu)限制要求：將程序以流程圖表示，前進(jìn)的分支在流程圖的左側(cè)，倒退的分支在流程圖的右側(cè)，所有分支均不得交叉。

結(jié)構(gòu)化編程在1970年有很大的進(jìn)展，IBM的研究員哈倫·米爾斯（英語：Harlan Mills）將結(jié)構(gòu)化編程應(yīng)用在紐約時(shí)報(bào)研究檔案索引系統(tǒng)的開發(fā)，此計(jì)劃相當(dāng)成功，因此許多公司開始使用結(jié)構(gòu)化編程，不過戴克斯特拉評(píng)論米爾斯使用的方式和一些已發(fā)表論文中的方式不同。

到1987年時(shí)在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域仍有針對(duì)結(jié)構(gòu)化編程的爭論，弗蘭克·魯賓發(fā)表了一篇論文《“goto有害論”是有害的》（GOTO considered harmful' considered harmful），引發(fā)許多的反對(duì)，戴克斯特拉本人也批評(píng)魯賓及其追隨者的論點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)化編程影響

在二十世紀(jì)末時(shí)絕大多數(shù)的計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)者均已同意使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的好處，原來缺乏程序結(jié)構(gòu)的高階編程語言（如FORTRAN、COBOL及BASIC）也都已加入此特性。

“測(cè)量程序設(shè)計(jì)”是繼程序設(shè)計(jì)語言之后進(jìn)一步提高程序設(shè)計(jì)能力的一門課程。

本書從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，以軟件工程化的基本思想和結(jié)構(gòu)化、規(guī)范化的方法，結(jié)合測(cè)量工程的特點(diǎn)和實(shí)例，介紹軟件開發(fā)的全過程。全書除總論外共分為六章，內(nèi)容包括程序設(shè)計(jì)的基本原理、軟件的總體設(shè)計(jì)、軟件的 詳細(xì)設(shè)計(jì)、程序的編碼工作 程序的測(cè)試和調(diào)試，測(cè)量程序開發(fā)示例 。本書系大專院校測(cè)繪專業(yè)的“測(cè)量程序設(shè)計(jì)”課程的教材，也可作為學(xué)過一門程序設(shè)計(jì)語言的讀者的自學(xué)用書。