Для чего нужна структура программы

Прежде чем приступить к написанию программ, необходимо изучить структуру программ на языке программирования С++. Своими словами, структура программ это разметка рабочей области (области кода) с целью чёткого определения основных блоков программ и синтаксиса. Структура программ несколько отличается в зависимости от среды программирования. Мы ориентируемся на IDE Microsoft Visual Studio, и по этому примеры программ будут показаны именно для MVS. Если вы используете другую IDE, то вам не составит труда перенести код из MVS в другие среды разработки, и вы поймете со временем, как это сделать.

Структура программ для Microsoft Visual Studio.

// struct_program.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include «stdafx.h» //здесь подключаем все необходимые препроцессорные директивы int main() < // начало главной функции с именем main //здесь будет находится ваш программный код >

В строке 1 говорится о точке входа для консольного приложения, это значит, что данную программу можно запустить через командную строку Windows указав имя программы, к примеру, такое struct_program.cpp . Строка 1 является однострочным комментарием, так как начинается с символов // , подробнее о комментариях будет рассказано в следующей статье. В строке 2 подключен заголовочный файл «stdafx.h» . Данный файл похож на контейнер, так как в нем подключены основные препроцессорные директивы (те, что подключил компилятор, при создании консольного приложения), тут же могут быть подключены и вспомогательные (подключенные программистом).

Основы программирования: структура программ

include — директива препроцессора, т. е. сообщение препроцессору. Строки, начинающиеся с символа # обрабатываются препроцессором до компиляции программы.

Препроцессорные директивы также можно подключать и в строках, начиная после записи #include «stdafx.h» до начала главной функции. Причём такой способ подключения библиотек является основным, а использование «stdafx.h» — это дополнительная возможность подключения заголовочных файлов, которая есть только в MVS. С 4-й по 6-ю строки объявлена функция main . Строка 4 – это заголовок функции, который состоит из типа возвращаемых данных (в данном случае int ), этой функцией, и имени функции, а также круглых скобок, в которых объявляются параметры функции.

int — целочисленный тип данных

Между фигурными скобочками размещается основной программный код, называемый еще телом функции. Это самая простая структура программы. Данная структура написана в Microsoft Visual Studio. Все выше сказанное остается справедливым и для других компиляторов, кроме строки 2. Контейнера «stdafx.h» нигде кроме MVS нет.

Структура программы для C++ Builder.

При создании консольного приложения мастер создания проектов создает автоматически следующий код:

//препроцессорная директива, автоматически подключённая мастером создания проектов #include int main()

Урок №8. Структура программ

Компьютерная программа — это последовательность инструкций, которые сообщают компьютеру, что ему нужно сделать.

Структура и порядок выполнения программы. #Include. using namespace. C++ для начинающих. Урок #2.

Стейтменты

Cтейтмент (англ. «statement» ) — это наиболее распространенный тип инструкций в программах. Это и есть та самая инструкция, наименьшая независимая единица в языке С++. Стейтмент в программировании — это то же самое, что и «предложение» в русском языке. Мы пишем предложения, чтобы выразить какую-то идею.

В языке C++ мы пишем стейтменты, чтобы выполнить какое-то задание. Все стейтменты в языке C++ заканчиваются точкой с запятой.

Есть много разных видов стейтментов в языке C++. Рассмотрим самые распространенные из них:

int х — это стейтмент объявления (англ. «statement declaration» ). Он сообщает компилятору, что х является переменной. В программировании каждая переменная занимает определенное число адресуемых ячеек в памяти в зависимости от её типа. Минимальная адресуемая ячейка — байт. Переменная типа int может занимать до 4-х байт, т.е. до 4-х адресуемых ячеек памяти.

Все переменные в программе должны быть объявлены, прежде чем использованы. Мы детально поговорим о переменных на следующих уроках.

х = 5 — это стейтмент присваивания (англ. «assignment statement» ). Здесь мы присваиваем значение 5 переменной х .

Выражения

Компилятор также способен обрабатывать выражения. Выражение (англ. «expression» ) — это математический объект, который создается (составляется) для проведения вычислений и нахождения соответствующего результата. Например, в математике выражение 2 + 3 имеет значение 5 . Выражения в языке С++ могут содержать :

отдельные цифры и числа (например, 2 , 45 );

буквенные переменные (например, х , у );

операторы, в т.ч. математические (например, + , — );

Выражения могут состоять как из единичных символов — цифр или букв (например, 2 или х ), так и из различных комбинаций этих символов с операторами (например, 2 + 3 , 2 + х , х + у или (2 + х) * (y — 3) ). Для наглядности разберем простой корректный стейтмент присваивания х = 2 + 3; . Здесь мы вычисляем результат сложения чисел 2 + 3 , который затем присваиваем переменной х .

Функции

В языке C++ стейтменты объединяются в блоки — функции. Функция — это последовательность стейтментов. Каждая программа, написанная на языке C++, должна содержать главную функцию main() . Именно с первого стейтмента, находящегося в функции main(), и начинается выполнение всей программы. Функции, как правило, выполняют конкретное задание. Например, функция max() может содержать стейтменты, которые определяют большее из заданных чисел, а функция calculateGrade() может вычислять среднюю оценку студента по какой-либо дисциплине.

Совет: Всегда размещайте функцию main() в файле .cpp с именем, совпадающим с именем проекта. Например, если вы пишете программу Chess, то поместите вашу функцию main() в файл chess.cpp.

Библиотеки

Библиотека — это набор скомпилированного кода (например, функций), который был «упакован» для повторного использования в других программах. С помощью библиотек можно расширить возможности программ. Например, если вы пишете игру, то вам придется подключать библиотеки звука или графики (если вы самостоятельно не хотите их создавать).

Язык C++ не такой уж и большой, как вы могли бы подумать. Тем не менее, он идет в комплекте со Стандартной библиотекой С++ , которая предоставляет дополнительный функционал. Одной из наиболее часто используемых частей Стандартной библиотеки C++ является библиотека iostream , которая позволяет выводить данные на экран и обрабатывать пользовательский ввод.

Пример простой программы

Теперь, когда у вас есть общее представление о том, что такое стейтменты, функции и библиотеки, давайте рассмотрим еще раз программу «Hello, world!»:

Строка №1: Специальный тип инструкции, который называется директивой препроцессора . Директивы препроцессора сообщают компилятору, что ему нужно выполнить определенное задание. В этом случае мы говорим компилятору, что хотели бы подключить содержимое заголовочного файла к нашей программе. Подключение заголовочного файла дает нам возможность использовать функционал библиотеки iostream, что, в свою очередь, позволяет выводить нам данные на экран.

Строка №2: Пустое пространство, которое игнорируется компилятором.

Строка №3: Объявление главной функции main().

Строки №4 и №7: Указываем компилятору область функции main(). Всё, что находится между открывающей фигурной скобкой в строке №4 и закрывающей фигурной скобкой в строке №7 — считается содержимым функции main().

Строка №5: Наш первый стейтмент (заканчивается точкой с запятой) — стейтмент вывода. std::cout — это специальный объект, используя который мы можем выводить данные на экран.

Строка №6: Оператор возврата return . Когда программа завершает свое выполнение, функция main() передает обратно в операционную систему значение, которое указывает на результат выполнения программы: успешно ли прошло выполнение программы или нет.

Если оператор return возвращает число 0 , то это значит, что всё хорошо! Ненулевые возвращаемые значения указывают на то, что что-то пошло не так и выполнение программы было прервано. Об операторе return мы еще поговорим детально на соответствующем уроке.

Синтаксис и синтаксические ошибки

Как вы, должно быть, знаете, в русском языке все предложения подчиняются правилам грамматики. Например, каждое предложение должно заканчиваться точкой. Правила, которые регулируют построение предложений, называются синтаксисом . Если вы не поставили точку и записали два предложения подряд, то это является нарушением синтаксиса русского языка.

Язык C++ также имеет свой синтаксис: правила написания кода/программ. При компиляции вашей программы, компилятор отвечает за то, чтобы ваша программа соответствовала правилам синтаксиса языка C++. Если вы нарушили правила, то компилятор будет ругаться и выдаст вам ошибку.

Например, давайте посмотрим, что произойдет, если мы не укажем в конце стейтмента точку с запятой:

E0065: требуется точка с запятой «;»
C2143: синтаксическая ошибка: отсутствие «;» перед «>»

Допущена синтаксическая ошибка в строке №6: мы забыли указать точку с запятой перед оператором return. В этом случае ошибка на самом деле в конце строки №5. В большинстве случаев компилятор правильно определяет строку с ошибкой, но есть ситуации, когда ошибка не заметна вплоть до начала следующей строки.

Синтаксические ошибки нередко совершаются при написании программ. К счастью, большинство из них можно легко найти и исправить. Но следует помнить, что программа может быть полностью скомпилирована и выполнена только при отсутствии ошибок.

Тест

Теперь давайте проверим то, как вы усвоили материал текущего урока. Ответьте на следующие вопросы:

В чём разница между стейтментом и выражением?

В чём разница между функцией и библиотекой?

Чем заканчиваются стейтменты в языке С++?

Что такое синтаксическая ошибка?

Ответы:
Ответ №1

Стейтмент — это «полное предложение», которое сообщает компилятору, что ему нужно выполнить определенное задание. Выражение всегда имеет результат (исключение — деление на ноль) и является частью стейтмента.

Функция — это последовательность стейтментов для выполнения определенного задания. Библиотека — это последовательность функций, которые могут повторно использоваться в других программах.

Точкой с запятой (; ).

Синтаксическая ошибка — это ошибка, указывающая на нарушение правил грамматики языка С++.

Источник: dzen.ru

Структурная схема программы и средства для ее изменения

В понятие структуры программы (program structure) включается состав и описание связей всех модулей, которые реа­лизуют самостоятельные функции программы и описание носите­лей вводимых и выводимых данных, а также данных, участвую­щих в обмене между отдельными подпрограммами.

Для разработки больших и сложных программ программисту не­обходимо овладеть специальными приемами получения рациональной структуры программы, которая обеспечивает почти двукратное сокращение объема программирования и многократное сокращение

Подчиненность модулей программы отражается в схеме иерар­хии. Однако последняя не отражает порядок их вызова или функ­ционирование программы. Схема иерархии может иметь вид, пока­занный на рис. 5. Она, обычно, дополняется расшифровкой функ­ций, выполняемой модулями.

Перед составлением схемы иерархии целесообразно составить внешние спецификации программы и составить функциональные описания программы вместе с описанием переменных-носителей данных. Особое внимание следует уделять иерархии типов струк­турированных данных и их комментированию.

Расчленение программы на подпрограммы производится по принципу от общего к частному, более детальному. Процесс со­ставления функционального описания и составления схемы иерар­хии является итерационным, а выбор наилучшего варианта являет­ся многокритериальным. Расчленение должно обеспечивать удоб­ный порядок ввода частей в эксплуатацию.

Схеме иерархии можно придать любой топологический рису­нок. Фрагменты с вертикальными вызовами могут быть преобра­зованы в вызовы одного уровня посредством введения дополни­тельного модуля, который может не выполнять никаких полезных функций с точки зрения алгоритма программы. Функция нового модуля может состоять лишь в мониторинге, то есть вызове других модулей в определенном порядке.

Фрагменты с горизонтальными вызовами на одном уровне мо­гут быть преобразованы в вертикальные вызовы модулей разных уровней посредством введения дополнительных переменных, кото­рые не могли быть получены декомпозицией функционального описания на подфункции. Эти дополнительные переменные обыч­но имеют тип целый или логический и называются флагами, сема­форами, ключами событий. Их смысл обычно характеризуется фра­зой: в зависимости от следующей предыстории действий, выпол­нить такие-то действия.

В процессе проектирования нужно сделать несколько проект­ных итераций, каждый раз генерируя новую схему иерархии, и сравнить эти иерархии по данным критериям для отбора лучшего варианта.

Ключ — значение переменной, используемое для подтверждения полномочий на доступ к некоторой информации или подпрограмме.

Флаг — переменная, значение которой свидетельствует о том, что некоторый аппаратный или программный компонент находится в определенном состоянии или что для него выполняется опреде­ленное условие. Флаг используется для реализации условного ветвления и прочих процессов принятия решений.

Семафор — тип данных специального назначения, который яв­ляется средством управления доступом к критическому ресурсу со стороны совместно идущих последовательных процессов.

Над семафором можно производить только две операции (не считая создания и аннулирования): операцию ожидания (занятия) и операцию сигнализации (освобождения). Семафор принимает це­лое значение, которое не может быть отрицательным. Операция ожидания уменьшает значение семафора на единицу, когда это можно сделать, не получая при этом отрицательного значения, и это означает, что свободный ресурс используется. Операция сиг­нализации увеличивает значение семафора на единицу, что означа­ет освобождение ресурса.

Критический ресурс — ресурс, который в каждый момент вре­мени используется не более чем одним процессом. Когда требует­ся, чтобы несколько асинхронных процессов координировали свой доступ к критическому ресурсу, используется управляемый доступ через семафор.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА

СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРОГРАММЫ

Первый вариант структурной схемы, полученный пу­тем простого членения функций программы на подфункции с ука­занием переменных, необходимых для размещения данных, чаще всего не является оптимальным и требуются проектные итерации для улучшения топологии схемы. Эти действия обычно выполня­ются методом «проб и ошибок». Каждый новый вариант сравнива­ется с предшествующим по описанным ниже критериям:

1) полнота выполнения специфицированных функций;

2)возможность быстрого и дешевого пополнения новыми, ра­нее не специфицированными функциями;

3)обозримость (понятность) для проектировщика составных частей программы;

4)максимальная независимость отдельных частей программы;

5) возможность связывания подпрограмм редактором связей;

6)достаточность оперативной памяти;

7) влияние топологии схемы иерархии на скорость выполнения программы при использовании динамической загрузки программы и механизма подкачки страниц;

8) отсутствие разных модулей со сходными функциями. Один и тот же модуль должен вызываться на разных уровнях схемы иерархии;

9)достижение такого графика работы коллектива программи­стов при реализации программы, который обеспечивает равномер­ную загрузку коллектива;

10)всемерное сокращение затрат на тестирование программы.
Хорошая схема иерархии в 2-5 раз сокращает затраты на тестиро­вание по сравнению с первоначальным вариантом;

11)использование в данном проекте как можно большего числа проработанных в предшествующих проектах модулей и библиотек при минимальном объеме изготавливаемых заново частей.

Генерация вариантов прекращается при невозможности даль­нейших улучшений. Рациональная структура программы обеспечи­вает сокращение общего объема текстов в 2-3 раза, что соответст­венно удешевляет создание программы и ее тестирование, на кото­рое обычно приходится не менее 60% от общих затрат. При этом облегчается и снижается стоимость сопровождения программы.

МОДУЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Реализация принципа структурного программирования осуществляется с использованием макрокоманд и механизмов вы­зова подпрограмм. Эти же механизмы подходят и для реализации модульного программирования, которое можно рассматривать как часть структурного подхода.

Необходимо различать использование слова модуль, когда име­ется в виду единица дробления большой программы на отдельные блоки (которые могут быть реализованы в виде процедур и функций) и когда имеется ввиду синтаксическая конструкция языков программирования (unit в Object Pascal).

Модульное программирование — это организация программы как совокупности независимых блоков, называемых модулями, струк­тура и поведение которых подчиняются определенным правилам.

Концепцию модульного программирования можно сформули­ровать в виде нескольких понятий и положений:

1) большие задачи разбиваются на ряд более мелких, функционально самостоятельных подзадач — модулей, которые связаны ме­жду собой только по входным и выходным данным;

2) модуль представляет собой «черный ящик» с одним входом и одним выходом. Это позволяет безболезненно производить мо­дернизацию программы в процессе ее эксплуатации, облегчает ее
сопровождение, а также позволяет разрабатывать части программодного проекта на разных языках программирования;

3) в каждом модуле должны осуществляться ясные задачи. Если назначение модуля непонятно, то это означает, что декомпозиция на модули была проведена недостаточно качественно. Процесс де­композиции нужно продолжать до тех пор, пока не будет ясного понимания назначения всех модулей и их оптимального сочетания;

4) исходный текст модуля должен иметь заголовок и интер­фейсную часть, где отражаются назначение модуля и все его внеш­ние связи;

5) в ходе разработки модулей программы следует предусматри­вать специальные блоки операций, учитывающие реакцию на возможные ошибки в данных или в действиях пользователя.

Большое значение в концепции модульного программирования придается организации управляющих и информационных связей между модулями программы, совместно решающими одну или не­сколько больших задач.

При работе с модулями нужно помнить их основное отличие от процедур и функций. Традиционные правила сферы действия гло­бальных и локальных переменных для модулей не работают. Эта язы­ковая конструкция разработана так, чтобы исключить влияние гло­бальных переменных, объявленных в главной программе, на внутрен­ние описания модуля. Поэтому, если возникает необходимость ввести доступные для всех блоков программы глобальные описания то сле­дует создать модуль глобальных объявлений и включить его в список импорта всех модулей, где нужны его описания.

3.7. СТРУКТУРА МОДУЛЯ В OBJECT PASCAL

Object Pascal имеет различные средства для структури­рования программ. На нижнем уровне деления (для элементарных подзадач) чаще всего используются процедуры и функции, а на верхнем уровне (для больших задач) используются модули.

В среде Delphi каждой форме обязательно соответствует свой модуль, что позволяет локализовать все свойства окна в отдельной программной единице. Кроме этого, невизуальные алгоритмиче­ские действия также оформляются в виде отдельных модулей. Пер­вая строка модуля начинается с ключевого слова:

Для правильной работы среды программирования это имя должно совпадать с именем дискового файла, в который помещает­ся исходный текст модуля. Далее следует

где описывается взаимодействие данного модуля с другими поль­зовательскими и стандартными модулями, а также с главной про­граммой.

Здесь содержатся объявления всех глобальных объектов модуля (типов, констант, переменных и подпрограмм), которые должны стать доступными основной программе и/или другим модулям. При объявлении глобальных подпрограмм в интерфейсной части ука­зывается только их заголовок.

Связь модуля с другими модулями устанавливается специаль­ным предложением:

В этом списке через запятые перечисляются идентификаторы модулей, информация интерфейсных частей которых должна быть доступна в данном модуле.

const type var

Список экспорта состоит из подразделов описания констант, типов, переменных, заголовков процедур и функций, которые оп­ределены в данном модуле, но использовать которые разрешено во всех других модулях и программах, включающих имя данного мо­дуля в своей строке uses. Для процедур и функций здесь описы­ваются только заголовки, но с обязательным полным описанием формальных параметров.

В этом разделе указывается реализационная (личная) часть описаний данного модуля, которая недоступна для других модулей и программ.

В этом списке через запятые перечисляются идентификаторы модулей, информация интерфейсных частей которых должна быть доступна в данном модуле. Здесь целесообразно описывать иден­тификаторы всех необходимых модулей, информация из которых не используется в описаниях раздела interface данного модуля.

label const type var

В этих подразделах описываются метки, константы, типы, пе­ременные, процедуры и функции, которые описывают алгоритми­ческие действия, выполняемые данным модулем, и которые явля­ются «личной собственностью» исключительно только данного модуля. Эти описания недоступны ни одному другому модулю.

Исполняемая часть содержит описания подпрограмм, объяв­ленных в интерфейсной части. Описанию подпрограммы должен предшествовать заголовок, в котором можно опускать список фор­мальных параметров и тип результата для функции. Если заголовки указаны с параметрами, то их список должен быть идентичен тако­му же списку для соответствующей процедуры или функции в разделе interface.

В этом разделе между ключевыми словами initialization и finalization располагаются операторы начальных установок, необходимых для запуска корректной работы модуля. Эти опера­торы исполняются до передачи управления основной программе и обычно используются для подготовки ее работы. Операторы раз­делов инициализации модулей, используемых в программе, выпол­няются при начальном запуске программы в том же порядке, в ка­ком идентификаторы модулей описаны в предложениях uses фай­ла проекта. Если операторы инициализации не требуются, то зарезервированное слово initialization может быть опущено.

Раздел завершения finalization является необязательным и может присутствовать только вместе с разделом инициализации initialization. В разделе завершения располагается список операторов, которые будут выполняться при завершении модуля, что обычно происходит при окончании работы приложения. Разде­лы finalization модулей приложения выполняются в порядке, противоположном выполнению разделов initialization этих модулей.

Раздел завершения используется, как правило, для освобожде­ния ресурсов, которые выделяются приложению в разделе инициа­лизации. Это гарантирует корректное завершение приложения, что особенно это важно, когда приложение заканчивается по возникно­вению исключительных ситуаций.

Источник: cyberpedia.su